Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2
Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3
Polovodiče a jejich využití Kapitola 12 Zenerova dioda Bc. Radim Miksa
30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE ..................................................................................................................................... 1 1
STABILIZAČNÍ ZENEROVY DIODY......................................................................................................... 2 1.1
POPIS ZENEROVY DIODY......................................................................................................................... 2
1.2
VA CHARAKTERISTIKA ZENEROVY DIODY .................................................................................................... 3
1.3
KONTROLNÍ OTÁZKY .............................................................................................................................. 3
2
DOPORUČENÁ LITERATURA ................................................................................................................ 4
3
POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE......................................................................................................... 5
4
SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................................................. 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem stabilizační Zenerovy diody. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací.
1
1
Stabilizační Zenerovy diody
1.1
Popis Zenerovy diody
Je polovodičová součástka využívající obnovitelného závěrného průrazu PN přechodu. Konstrukčně se jedná o speciálně upravenou diodu, která využívá pracovního režimu v závěrném směru. Speciální technologií se dosáhne toho, že se dioda v závěrném směru prorazí a drží průrazné napětí. Jedná se ovšem o opakovatelný průraz, takže zenerova dioda se nezničí. Zenerova dioda se v propustném směru chová jako klasická dioda. Její označení je zpravidla dáno typem a zenerovým napětím. Jedním z parametrů je i výkon diody, který určuje i maximální pracovní proud. Zenerovy diody se vyrábějí v rozsahu napětí asi od 3 V do 50 V. Pro vyšší napětí (od 50 V do několika set V) se už uplatňuje pouze lavinová ionizace, přesto i tyto diody se nazývají Zenerovy, i když asi jenom do napětí 6 V se jedná o samotný Zenerův jev. Zenerové diody se používá u stabilizátorů napětí pro vytvoření referenčního napětí a tato stabilizační hodnota napětí je dána výrobou a je udána pro každý typ diody buď barevným proužkem, nebo číselným značením. Příklad značení je 5V4 a to znamená, že dioda bude stabilizovat napětí na 5,4V.
Obrázek 1 - schématická značka stabilizační diody
Stabilizační diody se využívají jako stabilizátory napětí, omezovače, případně referenční prvky stabilizátorů. Stabilizační diody rozdělujeme na Zenerovy diody (UP <5.5 V) a lavinové diody (UP> 5.5 V). Využívá se toho, že v závěrném směru u nich dochází k nedestruktivnímu průrazu pokud proud nepřekročí určitou mez.
Obrázek 2 - Zenerova dioda
2
1.2
VA charakteristika Zenerovy diody
Dioda má velmi tenký přechod PN, při působení napětí ve zpětném směru vzniká velká intenzita elektrostatického pole a dochází k vytrhávání elektronů z vazeb krystalové mřížky. To se projeví prudkým růstem zpětného proudu diody při téměř stálém napětí, dynamický vnitřní odpor diody se zmenší z hodnoty několik MΩ na několik desítek až jednotek Ω. Napětí, při kterém Zenerův jev nastává, se nazývá Zenerovo napětí. Z grafu lze vyčíst velikost proudu protékajícím diodou při daném napětí. V propustném směru má charakteristika shodný průběh s běžnou polovodičovou diodou, prahové napětí je okolo 0,7 V. Proud v obou směrech je omezen ztrátovým výkonem.
Obrázek 3 - příklad charakteristiky Zenerovy diody
Obrázek 4 - zapojení zenerovy diody do obvodu
1.3
Kontrolní otázky 1. Jak se chová Zenerova dioda v propustném směru. 2. Jak se chová Zenerova dioda v závěrném směru. 3. K čemu se používá Zenerova dioda? 4. Jaké má přibližně prahové napětí Zenerova dioda? 3
2
Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9.
4
3
Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9.
5
4
Seznam obrázků
OBRÁZEK 1 - SCHÉMATICKÁ ZNAČKA STABILIZAČNÍ DIODY ..................................................................................................... 2 OBRÁZEK 2 - ZENEROVA DIODA....................................................................................................................................... 2 OBRÁZEK 3 - PŘÍKLAD CHARAKTERISTIKY ZENEROVY DIODY ................................................................................................... 3 OBRÁZEK 4 - ZAPOJENÍ ZENEROVY DIODY DO OBVODU ......................................................................................................... 3
6
