Aplikácie Zenerovej diódy v elektronických obvodoch

Zenerova dióda je jedným z najdôležitejších komponentov používaných na riadenie napätia a ochranu v elektronických obvodoch.Tento článok vysvetľuje, ako Zenerova dióda funguje v rôznych úlohách, od udržiavania stabilných úrovní napätia a ochrany pred prepätím až po poskytovanie presných referencií napätia a tvarovania signálových kriviek.Zaoberá sa tiež tým, ako sa Zenerove diódy používajú v aplikáciách spínania, klipovania, upínania a spúšťania, pričom ukazuje ich široký rozsah použitia v analógových aj digitálnych systémoch.

Katalóg

Obrázok 1: Zenerova dióda

Regulácia napätia pomocou Zenerovej diódy

Zenerova dióda udržuje stabilné napätie naprieč záťažou aj pri zmene vstupu.Funguje v opačnom smere, kde udržuje pevné napätie nazývané Zenerovo napätie.Keď sa vstupné napätie zvýši, dióda umožní tok väčšieho prúdu a udržiava konštantné napätie.Keď vstup klesne, umožňuje menší prúd, ale stále drží rovnaké napätie naprieč záťažou.

Obrázok 2: Obvod regulátora napätia Zenerovej diódy

V jednoduchom jednosmernom regulátore je rezistor umiestnený v sérii so Zenerovou diódou.Rezistor obmedzuje prúd, zatiaľ čo Zener udržuje stabilné napätie.Napríklad, ak sa použije 12 V Zener s napájaním 15 V, odpor klesne o 3 V a výstup zostane na 12 V. Takto záťaž vždy dostane stabilné napätie, aj keď sa vstup alebo záťaž mierne zmení.

Zenerove regulátory sú bežné v mnohých obvodoch.Používajú sa v napájacích zdrojoch na zabezpečenie konštantného výkonu, v nabíjačkách batérií na zabránenie prepätiu a vo vstavaných systémoch na ochranu citlivých častí.Sú jednoduché, spoľahlivé a nákladovo efektívne na reguláciu nízkeho napätia.

Zenerova dióda v obvodoch prepäťovej ochrany

Zenerova dióda chráni citlivé časti pred náhlymi prepätiami.Keď napätie prekročí Zenerovu prieraznú hodnotu, dióda začne viesť.Odvádza extra prúd a udržuje napätie na bezpečnej úrovni.Keď sa napätie vráti do normálu, dióda prestane viesť a obvod opäť normálne funguje.Táto jednoduchá akcia chráni komponenty pred poškodením spôsobeným napájacími špičkami.

Obrázok 3: Porovnanie obvodu bez a so Zenerovou diódou

V ochrannom obvode je Zenerova dióda umiestnená v opačnom smere cez vstupné svorky.Pri normálnom napätí zostáva vypnutý a neovplyvňuje obvod.Keď vstup stúpne nad svoju menovitú hodnotu, vedie a upína napätie na pevnú hranicu.

Zenerova dióda ako referencia napätia v obvodoch

Zenerova dióda poskytuje presné a stabilné napätie v obvode.Keď pracuje v oblasti poruchy, napätie na nej zostáva takmer konštantné.Stáva sa to aj pri zmene napájacieho napätia alebo prúdu.Z tohto dôvodu sa Zenerova dióda často používa na poskytovanie pevného referenčného napätia pre iné komponenty.

Obrázok 4: Referenčný obvod napätia Zenerovej diódy

Toto stabilné napätie je veľmi dôležité v analógových aj digitálnych obvodoch.V analógových obvodoch udržuje zosilňovače a snímače v presnej prevádzke.V digitálnych systémoch poskytuje stabilnú referenciu pre ADC a DAC, aby sa signály konvertovali správne.Bez stabilnej referencie môžu byť hodnoty hlučné alebo nepresné.

Zenerova referencia je spoľahlivejšia ako odporový delič.Odporový delič mení svoj výstup, keď sa mení napájanie alebo zaťaženie.Zenerova dióda zostáva stabilná a udržiava konštantné napätie.

Zenerova dióda v svorkových a upínacích obvodoch

Zenerova dióda sa používa v klipovacích a upínacích obvodoch na riadenie úrovní napätia signálu.Keď vstupný signál prekročí nastavené napätie, Zener začne dirigovať.Obmedzuje signál, takže nemôže stúpať ani klesať nad svoje menovité napätie.Táto akcia tvaruje priebeh a udržiava ho v bezpečnom rozsahu.

Bežným príkladom je zastrihávač Zenerových diód.Dve Zenerove diódy sú umiestnené v opačných smeroch cez signál.Keď signál prekročí prierazné napätie v ktoromkoľvek smere, jedna z diód vedie.To rovnomerne orezáva pozitívne aj negatívne strany signálu a udržuje výstup stabilný.

Obrázok 5: Obvody zotrvania Zenerovej diódy

Obvody Zenerových diód, ako sú tieto, sa používajú pri úprave tvaru vlny a ochrane signálu.Chránia zosilňovače a snímače pred napäťovými špičkami.Tiež udržujú signály čisté a kontrolované v audio, komunikačných a meracích systémoch.

Zenerova dióda v spínacích a spúšťacích obvodoch

Zenerova dióda sa používa v spínacích a spúšťacích obvodoch na nastavenie pevnej úrovne napätia pre spínanie.Keď je vstupné napätie pod Zenerovým prierazným bodom, nevedie.Akonáhle napätie dosiahne túto úroveň, Zener vedie a zmení stav obvodu.Vďaka tomu funguje ako spínač riadený napätím, ktorý sa zapne v presnom bode.

Obrázok 6: Spúšťanie SCR ovládania Zenerovej diódy

Jedným príkladom je tranzistorový obvod so Zenerovým riadeným predpätím bázy.Zener je pripojený k báze tranzistora.Keď je vstupné napätie nízke, tranzistor zostane vypnutý.Keď vstup dosiahne Zenerovo napätie, dióda vedie a zapne tranzistor.To poskytuje stabilný a spoľahlivý spínací bod.

Zenerove diódy sa používajú aj v spúšťacích a riadiacich obvodoch SCR.Nastavujú bod napätia, kde SCR začína viesť.To zaisťuje, že sa SCR zapne v správnom čase v priebehu.Takáto kontrola je dôležitá v konvertoroch, regulátoroch výkonu a časovacích obvodoch.

Záver

Zenerove diódy hrajú zásadnú úlohu pri udržiavaní stability napätia a ochrany obvodu.Regulujú napätie v napájacích zdrojoch, chránia zariadenia pred prepätím a poskytujú spoľahlivé referenčné napätia pre snímače a prevodníky.Ich schopnosť tvarovať a ovládať signály ich robí užitočnými aj pri úprave tvaru vlny, prepínaní a spúšťaní SCR.Vďaka svojmu jednoduchému dizajnu, nízkym nákladom a spoľahlivému výkonu zostávajú Zenerove diódy ideálnymi komponentmi v moderných elektronických obvodoch.