ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode)
ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode) THE ZENER DIODE ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode) ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode) เป็นไดโอดชนิดหนึ่งมีโครงสร้างเหมือนไดโอด คือประกอบขึ้นมาจากสารกึ่งตัวนำ 2 ตอน ชนิด P และ N ขาแอโนด (A) และขาแคโถด (K) เช่นเดียวกับไดโอด ความแตกต่างของซีเนอร์ไดโอดที่แตกต่างไปจากไดโอดธรรมดาตรงขบวนการผลิตซีเนอร์ไดโอด การเติมสารเจือปนลงไปในธาตุซิลิกอนมีจำนวนน้อยและจำนวนมากกว่าปรกติ พร้อมกับขบวนการผลิตเฉพาะ จึงได้ซีเนอร์ไดโอดขึ้นมาใช้งาน ซีเนอร์ไดโอดจะนำไปใช้งานในช่วงไบอัสกลับที่ค่าเบรคดาวน์ ที่เรียกว่า ซีเนอร์ เบรคดาวน์ (Zener Berakdown) ซึ่งมักจะเรียกว่าแรงดันซีเนอร์เบรคดาวน์ (Zener Berakdown Voltage) เป็นค่าแรงดันที่ตัว ซีเนอร์ไดโอดทำการควบคุมให้คงที่ตลอดเวลา โครงสร้างและสัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด กราฟลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอด การพังทลายของซีเนอร์ การพังทลายของซีเนอร์ไดโอดแบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ การพังทลายแบบอะวาเลนซ์ (Avalanche) คือเมื่อไดโอดได้รับไบอัสกลับแรงดันสูงสุดจนทำให้มีกระแสไหลย้อนกลับผ่านไดโอดจำนวนมากทำให้รอยต่อของไดโอดทะลุและใช้งานไม่ได้ การพังทลายอีกแบบหนึ่งคือ การพังทลายแบบซีเนอร์ เป็นการพังทลายที่เกิดขึ้นกับแรงดันไบอัสกลับค่าต่ำๆ ซึ่งกำหนดได้จากการโด๊ป สารกึ่งตัวนำที่ใช้ผลิตซีเนอร์ไดโอด การพังทลายแบบซีเนอร์นี้จะมีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดจำนวนหนึ่ง ซึ่งต้องจำกัดไม่ให้เกินค่าพิกัดสูงสุดและจะเกิดสภาวะที่แรงดันตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดมีค่าคงที่เรียกว่า แรงดันซีเนอร์ คุณสมบัติข้อนี้สามารถนำซีเนอร์ไดโอดไปเป็นวงจรควบคุมแรงดันไฟตรงให้คงที่ได้ คุณลักษณะของการพังทลาย จากกราฟคุณสมบัติทางไฟฟ้าขอแรงดันและกระแสดังรูป VZ เป็นแรงดันเบรกดาวน์หรือแรงดันซีเนอร์ ในการพังทลายของซีเนอร์ไดโอดเมื่อได้รับไบอัสกลับ เมื่อเพิ่มแรงดันไบอัสกลับจนถึงค่าแรงดันซีเนอร์จะมีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดมากขึ้น ที่จุดเอียงของกราฟจะมีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดเท่ากับ IZ (knee current) ซึ่งเป็นกระแสบริเวณเส้นโค้งดังรูปด้านบน และถ้าซีเนอร์ไดโอดได้รับแรงดันย้อนกลับสูงขึ้นอีก กระแสจะเพิ่มขึ้นแต่แรงดันซีเนอร์จะคงที่ แต่ถ้าเพิ่มกระแสเกินกว่าค่ากระแสซีเนอร์สูงสุด IZm(maximum current) แรงดันซีเนอร์จะไม่คงที่และชำรุดได้ ดังนั้นการนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานในการควบคุมให้แรงดันไฟตรงคงที่นั้น จึงต้องออกแบบวงจรควบคุมให้มีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดอยู่ระหว่างค่ากระแสบริเวณเส้นโค้ง IZK ถึงค่ากระแสสูงสุด IZM สำหรับกระแส Izt หมายถึง ค่ากระแสทดสอบที่แรงดันซีเนอร์ซึ่งเป็นค่ากระแสตามค่าที่ผู้ผลิตกำหนดไว้ในตารางคุณสมบัติของซีเนอร์ที่ใช้งานทั่วไป ดังนั้นการนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานในการควบคุมให้แรงดันไฟตรงคงที่นั้น จึงต้องออกแบบวงจรควบคุมให้มีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดอยู่ระหว่างค่ากระแสบริเวณเส้นโค้ง IZK ถึงค่ากระแสสูงสุด IZM สำหรับกระแส Izt หมายถึง ค่ากระแสทดสอบที่แรงดันซีเนอร์ซึ่งเป็นค่ากระแสตามค่าที่ผู้ผลิตกำหนดไว้ในตารางคุณสมบัติของซีเนอร์ที่ใช้งานทั่วไป วงจรสมมูลของซีเนอร์ไดโอด ตารางคุณสมบัติของซีเนอร์ไดโอด การที่จะนำซีเนอร์ไดโอดมาใช้งานจำเป็นจะต้องทราบพิกัดต่างๆ ของซีเนอร์ไดโอดเช่น แรงดันซีเนอร์, อัตราทนกำลังไฟสูงสุด ซึ่งสามารถศึกษาได้จากคู่มือดังแสดงในตาราง เบอร์ | VBR (V) | IS (mA) | VRWM (V) | IR ( A) | IRMS (mA) | VRMS (V) | 1N6267A | 6.8 | 10 | 5.8 | 1000 | 143 | 10.5 | 1N6268A | 7.5 | 10 | 6.4 | 500 | 132 | 11.3 | 1N6269A | 8.2 | 10 | 6.02 | 200 | 124 | 12.1 | 1N6270A | 9.1 | 1 | 6.78 | 50 | 112 | 13.4 | 1N6271A | 10 | 1 | 8.55 | 10 | 103 | 14.5 | 1N6272A | 11 | 1 | 9.4 | 5 | 96 | 15.6 | 1N6273A | 12 | 1 | 10.2 | 5 | 90 | 16.7 | 1N6274A | 13 | 1 | 11.1 | 5 | 82 | 18.2 | 1N6275A | 15 | 1 | 12.8 | 5 | 71 | 21.2 | VBR (V) หมายถึง แรงดัน Breakdown Voltage IS (A) หมายถึง กระแสที่ไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดขณะที่มี RS VRWM (V) หมายถึง แรงดันย้อนกลับสูงสุด IR ( A) หมายถึง กระแสรั่วไหลสูงสุด IRMS (A) หมายถึง กระแสไหลย้อนกลับไม่คงที่ VRMS (V) หมายถึง แรงดันย้อนกลับสูงสุด การใช้งานซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอดนำไปใช้งานหลายอย่างเช่น วงจรคลิป (Clipping Circuit) วงจรรักษาแรงดันให้คงที่ (Voltage Regulator Circuit) โดยเฉพาะในวงจรรักษาแรงดันให้คงที่ ดังรูป ในการต่อใช้งานทุกครั้งจะต้องมีความต้านทานต่ออนุกรมเสมอ เพื่อป้องกันกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอด (IZ) เกินค่าพิกัดซึ่งจะทำให้ชำรุดได้และตัวต้านทานที่ใช้จะต้องมีการคำนวณหาค่าความต้านทานที่เหมาะสมวงจรจึงจะทำงานได้ดี การทดลอง การทดลองที่ 1 วงจรการทำงานของซีเนอร์ได้โอดในลักษณะการป้อนกลับ เครื่องเมือและอุปกรณ์
- มิเตอร์ 4 เครื่อง
- แหล่งจ่ายไฟสำหรับทดลอง 1 เครื่อง
- แผงสำหรับทดลอง 1 ชุด
- ตัวต้านทาน 1 k? 1 ตัว
- ซีเนอร์ไดโอด เบอร์ 1N5236B 1 ตัว
วิธีการทดลอง - เตรียมเครื่องมือและอุปกรณ์ ต่อวงจรตามรูป
- ป้อนไฟ 0-20VDC
- ต่อมัลติมิเตอร์ตามรูปเพื่อวัดค่ากระแส และแรงดัน
- บันทึกผลการทดลอง
การทดลองที่ 1 วงจรการทำงานของซีเนอร์ได้โอดในลักษณะการป้อนกลับ ผลการทดลองที่ 1 Vs (V) | I1 (mA) | | 7.48 | 0 | All readings are for Vd just equal to the Zener voltage | 12 | 100.8 | 14 | 146.5 | 16 | 191.2 | 18 | 237 | 20 | 288.5 | ตารางที่ได้จากการคำณวน VS (V) | Vr (V) | Vd = Vs-Vr (V) | Id = Vr (mA) | Pd = Vd x Id (mW) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 2 | 0 | 0 | 4 | 0 | 4 | 0 | 0 | 6 | 0 | 6 | 0 | 0 | 6.5 | 0 | 6.5 | 0 | 0 | 7.0 | 0 | 7 | 0 | 0 | 7.5 | 0.2 | 7.3 | 0.2 | 1.46 | 8.0 | 0.8 | 7.2 | 0.8 | 5.76 | 8.5 | 1.25 | 7.25 | 1.25 | 9.0625 | 9.0 | 1.75 | 7.25 | 1.75 | 12.6875 | 10.0 | 2.8 | 7.2 | 2.8 | 20.16 | 15.0 | 7.6 | 7.4 | 7.6 | 56.24 | 20.0 | 12.6 | 7.4 | 12.6 | 93.24 | สรุปผลการทดลองที่ 1 จากการทดลอง เมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงให้วงจรตามค่าต่างๆที่กำหนดให้ ตัวซีเนอร์ไดโอดจะเริ่มนำกระแสและรักษาระดับแรงดันที่ Vs = 7.5VDC เนื่องจากคุณสมบัตของซีเนอร์ไดโอดเบอร์นี้มีแรงดันซีเนอร์ที่ 7.5 V จึงเริ่มนำกระแสตั้งแต่จุดนี้เป็นต้นไปเมื่อป้อน Vs เกินแรงดันของซีเนอร์แรงดันจะไปตกคร่อมที่ตัวต้านทานที่ต่ออนุกรมแทน ดังนั้นแรงดันที่ตัวซีเนอร์ไดโอดจึงมีค่าคงที่โดยประมาณ 7.5 V ตามคุณสมบัติของซีเนอร์ไดโอดซึ่งสามารถนำไปทำเป็นวงจรรักษาระดับแรงดันให้คงที่ได้ การทดลองที่ 2 วงจรซีเนอร์เร็กกูเรเตอร์ เครื่องเมือและอุปกรณ์ - มัลติมิเตอร์ 3 เครื่อง
- แหล่งจ่ายไฟสำหรับทดลอง 1 เครื่อง
- แผงสำหรับทดลอง 1 ชุด
- ตัวต้านทาน 33? ,27? 2 ตัว (ค่าละ 1 ตัว)
- ตัวต้านทานปรับค่าได้ 220? 1 ตัว
- ซีเนอร์ไดโอด เบอร์ 1N5236B 1 ตัว
วิธีทดลอง - เตรียมเครื่องมือและอุปกรณ์ ต่อวงจรตามรูป
- ป้อนไฟ 0-15 VDC
- ต่อมัลติมิเตอร์ตามรูปเพื่อวัดค่ากระแส และแรงดัน
- บันทึกผลการทดลอง
วงจรซีเนอร์เร็กกูเรเตอร์ ผลการทดลองที่ 2 Vs (V) | I1 (mA) | | 20 | 127 | All readings are for Id just equal to 200mA | 19 | 108 | 18 | 89 | 17 | 72 | 16 | 53 | 15 | 33 | สรุปผลการทดลองที่ 2 จากการทดลอง เมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงให้วงจรตามค่าต่างๆที่กำหนดให้ ตัวซีเนอร์ไดโอด จะมีแรงดันตกคร่อมตัวซีเนอร์ไดโอดคงที่7.5 V และมีโหลดเป็นตัวต้านทาน 27 ? ซึ่งมี VR ปรับค่าได้เป็นตัวปรับเพื่อเป็นวงจรแบ่งแรงดันที่ตกคร่อม ตัวต้านทาน 27 ? //www.star-circuit.com/article/THE_ZENER_DIODE/ZENER-DIODE.html THE_ZENER_DIODE.pdf
Create Date : 26 มิถุนายน 2557 |
|
0 comments |
Last Update : 26 มิถุนายน 2557 23:50:48 น. |
Counter : 3411 Pageviews. |
|
|
|