- 소개
- 제너 다이오드의 작동 원리 :
- 제너 다이오드의 응용 :
- 1. 전압 조정기로서의 제너 다이오드
- 2. 파형 클리퍼로서의 제너 다이오드
- 3. 전압 변환기로서의 제너 다이오드
- 제너 다이오드의 유형 :
- 결론:
소개
다이오드는 일반적으로 한 방향 (순방향 바이어스)으로 전류의 흐름을 허용하고 역 바이어스에서 사용할 때 전류 흐름에 대한 저항을 제공하는 장치로 알려져 있습니다. 제너 다이오드 (처음 작동 원리를 설명한 미국 과학자 C. Zener의 이름을 따서 명명 됨)는 순방향 바이어스에서 사용할 때 전류 흐름을 허용 할뿐만 아니라 역방향 바이어스에서 사용할 때 전류 흐름도 허용합니다. 지금까지 적용된 전압은 제너 항복 전압으로 알려진 항복 전압보다 높습니다. 즉, 항복 전압 은 제너 다이오드가 역방향으로 전도를 시작하는 전압입니다.
제너 다이오드의 작동 원리:
일반 다이오드에서는 항복 전압이 매우 높고 항복 다이오드 이상의 전압이 가해지면 다이오드가 완전히 손상되지만 제너 다이오드에서는 항복 전압이 높지 않고 다음과 같은 경우 제너 다이오드가 영구적으로 손상되지 않습니다. 전압이 적용됩니다.
제너 다이오드에 적용된 역 전압이 지정된 항복 전압 (Vz) 으로 증가 하면 전류가 다이오드를 통해 흐르기 시작하고이 전류를 제너 전류 라고 하며이 프로세스를 Avalanche Breakdown이라고 합니다. 전류가 최대로 증가하고 안정화됩니다. 이 전류는 더 넓은 범위의인가 전압에서 일정하게 유지되며 제너 다이오드가 손상되지 않고 더 높은 전압을 견딜 수 있도록합니다. 이 전류는 직렬 저항에 의해 결정됩니다.
작동 중인 일반 다이오드의 아래 이미지를 고려하십시오.
제너 다이오드 의 작동 을 보여주기 위해 아래의 두 가지 실험 (A 및 B)을 고려하십시오.
실험 A 에서는 그림과 같이 12V 제너 다이오드가 역 바이어스로 연결되어 있으며, 제너 다이오드가 특정 제너 다이오드 및 램프의 항복 전압과 같거나 낮기 때문에 효과적으로 전압을 차단 함을 알 수 있습니다. 떨어져 있었다.
에서는 실험 B 하는 6V 제너 다이오드 (벌브가 온다)인가 전압이 있음을 나타낸다는 파괴 전압보다 크고, 따라서 때문에 역 바이어스에서 수행되고 사용 항복 영역은 상기 제너 다이오드의 동작 영역이다.
제너 다이오드 의 전류-전압 특성 곡선 은 다음과 같습니다.
그래프에서 역 바이어스 모드에서 작동하는 제너 다이오드는 공급되는 전류의 양에 관계없이 상당히 일정한 전압을 가질 것임을 추론 할 수 있습니다.
제너 다이오드의 응용:
제너 다이오드는 전자 회로의 세 가지 주요 응용 분야에 사용됩니다.
1. 전압 조정
2. 파형 클리퍼
3. 전압 시프터
1. 전압 조정기로서의 제너 다이오드
이것은 틀림없이 제너 다이오드의 가장 일반적인 응용 분야입니다.
제너 다이오드의 이러한 적용은 공급 또는 부하 전류의 변동에 관계없이 일정한 전압을 유지하는 제너 다이오드의 능력에 크게 의존합니다. 전압 조정 장치의 일반적인 기능은 부하 (부하 전류)로 인한 에너지의 변동이나 공급 전압의 변동 및 불안정성에 관계없이 병렬로 연결된 부하에 일정한 출력 전압 을 제공하는 것입니다.
제너 다이오드는 전류가 최대 및 최소 역전 류 범위 내에 있으면 정전압을 제공합니다.
전압 조정기로 사용되는 제너 다이오드를 보여주는 회로도 는 다음과 같습니다.
저항 R1은 제너 다이오드와 직렬로 연결되어 다이오드를 통해 흐르는 전류의 양을 제한하고 입력 전압 Vin (제너 전압보다 커야 함) 은 이미지와 출력 전압 Vout에 걸쳐 연결됩니다., Vout = Vz (제너 전압) 인 제너 다이오드를 통해 측정 됩니다. 제너 다이오드의 역방향 바이어스 특성은 전압을 조절하는 데 필요하기 때문에 역방향 바이어스 모드로 연결되고 음극은 회로의 양극 레일에 연결됩니다.
저항 R1 의 값을 선택할 때주의해야합니다. 값이 작은 저항은 부하가 연결될 때 큰 다이오드 전류를 발생시키고 이로 인해 다이오드의 전력 손실 요구 사항이 증가하여 최대 전력 정격보다 높아질 수 있습니다. 제너가 손상 될 수 있습니다.
사용할 저항의 값은 아래 공식을 사용하여 결정할 수 있습니다.
R 1 = (V in – V Z) / I Z 어디서; R1은 직렬 저항의 값입니다. Vin은 입력 전압입니다. Vout과 동일한 Vz는 제너 전압이고 Iz는 제너 전류입니다.
이 공식을 사용하면 선택한 저항의 값이 제너가 처리 할 수있는 것보다 더 높은 전류 흐름으로 이어지지 않도록 쉽게 확인할 수 있습니다.
제너 다이오드 기반 레귤레이터 회로에서 경험하는 작은 문제 중 하나는 제너가 때때로 입력 전압을 조절하려고 시도하는 동안 공급 레일에서 전기 노이즈 를 생성 한다는 것 입니다. 이것은 대부분의 애플리케이션에서 문제가되지 않을 수 있지만,이 문제는 다이오드에 큰 값의 디커플링 커패시터를 추가하여 해결할 수 있습니다. 이것은 제너의 출력을 안정화하는 데 도움이됩니다.
2. 파형 클리퍼로서의 제너 다이오드
일반 다이오드의 용도 중 하나 는 입력 AC 파형 또는 신호를 형성하거나 수정하는 데 사용되는 회로 인 클리핑 및 클램핑 회로 를 적용 하여 클리퍼 또는 클램퍼의 사양에 따라 다른 모양의 출력 신호를 생성하는 것입니다.
Clippers 회로는 일반적으로 회로의 출력 신호가 입력 신호 또는 파형의 다른 부분을 변경하지 않고 미리 결정된 전압 값을 초과하는 것을 방지하는 데 사용되는 회로입니다.
클램퍼와 함께 이러한 회로 는 간섭 (클램핑 회로)을 제거 하고 높은 피크를 클리핑하여 노이즈 피크를 제한 하기 위해 아날로그 TV 및 FM 라디오 송신기에 널리 사용됩니다.
제너 다이오드는 일반적으로 적용된 전압이 항복 전압과 같지 않을 때 일반 다이오드처럼 동작 하기 때문에 클리핑 회로에도 사용됩니다.
클리핑 회로는 포지티브, 네거티브 또는 두 영역 모두에서 신호를 클리핑하도록 설계 될 수 있습니다. 다이오드는 포지티브 또는 네거티브 클리퍼로 설계되었는지에 관계없이 0.7V에서 다른 영역을 자연스럽게 클리핑합니다.
예를 들어, 아래 회로를 고려하십시오.
클리퍼 회로는 6.2v에서 출력 신호를 클리핑하도록 설계되었으므로 6.2v 제너 다이오드가 사용되었습니다. 제너 다이오드는 입력 파형에 관계없이 출력 신호가 제너 전압을 초과하는 것을 방지합니다. 이 특정 예에서는 20v 입력 전압이 사용되었으며 포지티브 스윙의 출력 전압은 제너 다이오드의 전압과 일치하는 6.2v였습니다. 그러나 AC 전압의 네거티브 스윙 동안 제너 다이오드는 일반 다이오드처럼 동작하고 출력 전압을 0.7V에서 클리핑하여 일반 실리콘 다이오드와 일치합니다.
AC 회로의 네거티브 스윙과 포지티브 스윙에 대한 클리핑 회로를 구현하여 전압이 포지티브 및 네거티브 스윙에서 서로 다른 레벨에서 클리핑되는 방식으로 이중 제너 클리핑 회로가 사용됩니다. 이중 제너 클리핑 회로의 회로도는 아래와 같습니다.
위의 클리핑 회로에서 전압 Vz2는 출력 신호가 클리핑되기를 원하는 AC 소스의 네거티브 스윙 전압을 나타내고 전압 Vz1은 출력 전압이 출력되는 AC 소스의 포지티브 스윙 전압을 나타냅니다. 잘 리기를 원합니다.
3. 전압 변환기로서의 제너 다이오드
전압 시프터는 제너 다이오드의 가장 간단하지만 흥미로운 응용 분야 중 하나입니다. 특히 3.3v 센서를 5V MCU에 연결 한 경험이 있고 판독 값 오류 등을 직접 본 적이 있다면 전압 시프터의 중요성을 인식하게 될 것입니다. 전압 시프터는 신호를 한 전압에서 다른 전압으로 변환하는 데 도움 이되며 제너 다이오드가 항복 영역에서 안정적인 출력 전압을 유지하는 기능을 통해 작동에 이상적인 구성 요소가됩니다.
(A)에 제너 다이오드 전압 기반 시프터 회로는 값에서 사용되는 특정 제너 다이오드의 항복 전압과 동일한 출력 전압을 낮춘다. 전압 시프터의 회로도는 다음과 같습니다.
아래 실험을 고려하십시오.
이 회로는 3.3v 제너 다이오드 기반 전압 시프터를 설명합니다. 회로의 출력 전압 (3.72V)은 입력 전압 (7V)에서 제너 다이오드의 항복 전압 (3.3V)을 뺀 값입니다.
Vout = Vin –Vz
Vout = 7 – 3.3 = 3.7v
앞서 설명한 전압 시프터는 설계 엔지니어가 설계 프로세스 중에 최대 3 개의 서로 다른 전압 레벨로 작업해야 할 수 있기 때문에 현대 전자 회로 설계에서 여러 응용 분야에 적용됩니다.
제너 다이오드의 유형:
제너 다이오드는 다음을 포함하는 여러 매개 변수에 따라 유형으로 분류됩니다.
- 공칭 전압
- 전력 소모
- 앞으로 드라이브 전류
- 순방향 전압
- 포장 유형
- 최대 역전 류
공칭 전압
제너 다이오드의 공칭 작동 전압은 다이오드가 사용되는 애플리케이션에 따라 제너 다이오드의 항복 전압이라고도하며, 이는 종종 제너 다이오드 선택에 가장 중요한 기준입니다.
전력 소모
이것은 제너 전류가 소멸 할 수있는 최대 전력량을 나타냅니다. 이 정격 전력을 초과하면 제너 다이오드의 온도가 과도하게 상승하여 손상 될 수 있으며 회로에서 연결된 사물의 고장으로 이어질 수 있습니다. 따라서 사용을 염두에두고 다이오드를 선택할 때이 요소를 고려해야합니다.
최대 제너 전류
이것은 장치를 손상시키지 않고 제너 전압에서 제너 다이오드를 통과 할 수있는 최대 전류입니다.
최소 제너 전류
이것은 제너 다이오드가 항복 영역에서 작동을 시작하는 데 필요한 최소 전류를 나타냅니다.
특정 설계에 필요한 제너 다이오드의 종류를 결정하기 전에 다이오드의 사양으로 사용되는 다른 매개 변수를 모두 충분히 고려해야합니다.
결론:
제너 다이오드에 대해 절대 잊지 말아야 할 5 가지 사항이 있습니다.
- 제너 다이오드는 급격한 항복 전압을 갖도록 도핑 된 일반적인 다이오드와 같습니다.
- 제너 다이오드는 최대 제너 전류를 초과하지 않는 한 입력 전압에 관계없이 안정적인 출력 전압을 유지합니다.
- 순방향 바이어스로 연결되면 제너 다이오드는 일반 실리콘 다이오드와 똑같이 작동합니다. 일반 다이오드를 사용할 때와 동일한 0.7v 전압 강하로 전도됩니다.
- 제너 다이오드 기본 작동 상태는 항복 영역 (역 바이어스 됨)입니다. 역 바이어스에서 적용된 전압이 제너 전압보다 높을 때 실제로 작동하기 시작한다는 의미입니다.
- 제너 다이오드는 주로 전압 조정, 클리핑 회로 및 전압 시프터와 관련된 애플리케이션에 사용됩니다.