Zener Diodes

What is a Zener Diode? - Electronics Basics 15 (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Zener Diodes

Diskrete halvleder enheder og kredsløb


Spørgsmål 1

Lad ikke bare sidde der! Byg noget !!

At lære at matematisk analysere kredsløb kræver meget undersøgelse og praksis. Normalt praktiserer eleverne ved at arbejde igennem masser af prøveproblemer og kontrollere deres svar mod dem fra lærebogen eller instruktøren. Mens dette er godt, er der en meget bedre måde.

Du vil lære meget mere ved faktisk at opbygge og analysere rigtige kredsløb, så din testudstyr giver svarene "i stedet for en bog eller en anden person. Følg disse trin for succesfulde øvelser i kredsløbsopbygning:

  1. Mål og registrer omhyggeligt alle komponentværdier forud for kredsløbskonstruktionen, og vælg modstandsværdier, der er høje nok til at skade eventuelle aktive komponenter usandsynligt.
  2. Tegn skematisk diagram for kredsløbet, der skal analyseres.
  3. Opbyg forsigtigt dette kredsløb på et brødbræt eller andet passende medium.
  4. Kontroller nøjagtigheden af ​​kredsløbets konstruktion, efter hver ledning til hvert forbindelsessted, og kontroller disse elementer en for en på diagrammet.
  5. Matematisk analysere kredsløbet, løse for alle spændings- og strømværdier.
  6. Mål forsigtigt alle spændinger og strømme for at kontrollere nøjagtigheden af ​​din analyse.
  7. Hvis der er væsentlige fejl (mere end et par procent), skal du kontrollere dit kredsløbs konstruktion grundigt på diagrammet, og genkalder derefter værdierne og genmåles omhyggeligt.

Når elever først lærer om halvlederindretninger, og som mest sandsynligt vil beskadige dem ved at foretage ukorrekte forbindelser i deres kredsløb, anbefaler jeg, at de eksperimenterer med store komponenter med høj wattage (1N4001 rectifying dioder, TO-220 eller TO-3-tilfælde strømtransistorer, osv.), og ved brug af tørcelle batterikilder snarere end en strømforsyning. Dette mindsker sandsynligheden for komponentskader.

Som sædvanlig, undgå meget høje og meget lave modstand værdier for at undgå målefejl forårsaget af meter "loading" (i den høje ende) og for at undgå transistor udbrænding (i den lave ende). Jeg anbefaler modstande mellem 1 kΩ og 100 kΩ.

En måde du kan spare tid på og reducere muligheden for fejl er at begynde med et meget simpelt kredsløb og trinvis tilføje komponenter for at øge dens kompleksitet efter hver analyse, i stedet for at opbygge et helt nyt kredsløb for hvert øvelsesproblem. En anden tidsbesparende teknik er at genbruge de samme komponenter i en række forskellige kredsløbskonfigurationer. På den måde må du ikke måle en komponents værdi mere end én gang.

Reveal svar Skjul svar

Lad elektronerne selv give dig svarene på dine egne "praksisproblemer"!

Bemærkninger:

Det har været min erfaring, at eleverne kræver meget praksis med kredsløbsanalyse at blive dygtige. Til dette formål giver instruktører normalt deres elever mange øvelsesproblemer til at arbejde igennem og giver svar til, at eleverne tjekker deres arbejde imod. Mens denne tilgang gør eleverne dygtige i kredsløbsteori, undlader det at uddanne dem fuldt ud.

Studerende behøver ikke bare matematisk praksis. De har også brug for rigtige, praktisk praktiske bygningskredsløb og brug af testudstyr. Så jeg foreslår følgende alternative tilgang: eleverne skal bygge deres egne "praksisproblemer" med virkelige komponenter og forsøge at matematisk forudsige forskellige spændings- og aktuelle værdier. På den måde kommer den matematiske teori "levende", og de studerende får praktisk færdighed, de ikke ville vinde ved blot at løse ligninger.

En anden grund til at følge denne fremgangsmåde er at lære eleverne videnskabelig metode : processen med at teste en hypotese (i dette tilfælde matematiske forudsigelser) ved at udføre et rigtigt eksperiment. Studerende vil også udvikle rigtige fejlfindingskompetencer, da de lejlighedsvis laver kredsløbsbyggeri fejl.

Tilbring et par øjeblikke med din klasse for at gennemgå nogle af de "regler" for bygningskredsløb, før de begynder. Diskuter disse spørgsmål med dine elever på samme socratiske måde, som du normalt vil diskutere arbejdsarkets spørgsmål, snarere end blot at fortælle dem, hvad de burde og ikke burde gøre. Jeg ophører aldrig med at blive overrasket over, hvor dårlige eleverne får fat i instruktioner, når de præsenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

En note til de instruktører, der kan klage over den "spildte" tid, der kræves for at få eleverne til at opbygge virkelige kredsløb i stedet for bare at matematisk analysere teoretiske kredsløb:

Hvad er formålet med eleverne, der tager dit kursus? Panelarkontrolpanelets standardpanel?

Spørgsmål 2

Vist her er den karakteristiske kurve for en diode:


Identificer hvilket område af denne kurve der repræsenterer normal forspændingsoperation, og som repræsenterer reverse-biased operation. Forklar også betydningen af ​​den nær-vertikale del af kurven i grafens nedre venstre kvadrant.

Reveal svar Skjul svar


Udfordringsspørgsmål: Identificer, hvor diodens omvendte mætningsstrøm kan findes på denne graf.


Bemærkninger:

Bed dine elever om at identificere den kurveområde, der er beskrevet af Shockleys diode ligning. Den eksponentielle form af den ligning modellerer kun en bestemt del af kurven!

Spørgsmål 3

Hvordan adskiller en zenerdiodes adfærd sig væsentligt fra en normal (rectificerende) diode "# 3"> Reveal svar Skjul svar

Zener-dioder brydes ned ved væsentligt lavere omvendte spændinger end korrigerende dioder, og deres nedbrydningsspændinger er forudsigelige.


Bemærkninger:

Spørg eleverne, hvilke zener dioder der sandsynligvis vil blive brugt til. Hvorfor skulle vi have brug for eller ønske en enhed med en stabil nedbrydningsspænding?

Spørgsmål 4

Ikke alle "zener" dioder bryder sammen på samme måde. Nogle opererer på princippet om zener-sammenbrud, mens andre opererer på princippet om lavineforstyrrelser . Hvordan sammenligner temperaturkoefficienterne for disse to zenerdiodetyper, og hvordan kan du se, hvorvidt en zenerdiode bruger et princip eller det andet lige fra dets spændingsgrad?

Tilsvarende er der en måde, hvorpå vi kunne bestemme typen af ​​nedbrydningsaktion fra eksperimentelle målinger på en zener diode? Forklar, hvordan et sådant eksperiment kan oprettes.

Reveal svar Skjul svar

Lavspændingszener-dioder har negative temperaturkoefficienter, fordi de udnytter zener-effekten . Højspændingszener-dioder har positive temperaturkoefficienter, fordi de udnytter lavineffekten . Jeg vil lade dig undersøge, hvordan man fortæller forskellen mellem zener-dioder, der anvender hvert enkelt fænomen alene!

Udfordringsspørgsmål: Forklar forskellen mellem "zener" og "lavine" -effekterne, hvad angår ladetransportvirksomhed.


Bemærkninger:

Regelmæssige "korrigerende" dioder har også temperaturkoefficienter. Bed dine elever om at identificere, om temperaturkoefficienten for en ensretterdiode typisk er positiv eller negativ, og hvad det egentlig betyder. Det er meget let at verificere dette eksperimentelt, så du vil måske bede dine elever om at demonstrere, hvordan man skal bestemme tegn på en ensretterdiodes temperaturkoefficient som et forord for at gennemgå forsøgsdelen af ​​det oprindelige spørgsmål.

Bed dine elever om at identificere de typiske spændingsværdier, der er forbundet med begge typer nedbrydningseffekt. Dette vil hurtigt afsløre, hvilke studerende, der gjorde deres forskning på dette spørgsmål, i modsætning til dem, der blot læser svaret her!

Spørgsmål 5

Forklar, hvordan den karakteristiske kurve for en 24 volt zenerdiode (som plottet af en kurvespor) afviger fra den for en normal ensretterdiode, som vist her:


Reveal svar Skjul svar



Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at tænke over, hvad en karakteristisk kurve betyder i forbindelse med diode sammenligninger. Afbrydelsespændingen for en zener-diode er typisk så lav sammenlignet med den for en normal retificeringsdiode, at denne region let kan vises på kurvesporingsskærmen.

Spørgsmål 6

Antag at du havde det kedelige job ved manuelt at holde udgangsspændingen for en DC-generator konstant. Din eneste kontrol over spændingen er indstillingen af ​​en reostat:


Hvad skal du gøre for at opretholde belastningsspændingen konstant, hvis belastningsmodstanden ændres for at trække mere strøm "# 6"> Reveal svar Skjul svar

For at øge belastningsspændingen skal du mindske modstanden af ​​reostat. For at denne ordning skal virke, skal generatorspændingen være større end målbelastningen.

Bemærk: Denne generelle spændingsstyringsordning er kendt som serieregulering, hvor en serie modstand varieres for at styre spændingen til en belastning.


Bemærkninger:

Ræostatjusteringens retning bør være indlysende, ligesom det er, at generatorens spænding skal være mindst lige så høj som den tilsigtede (mål) belastningsspænding. Det kan dog ikke være indlysende for alle, at generatorens spænding ikke kun kan svare til den tilsigtede belastningsspænding.

For at illustrere nødvendigheden af ​​dette, spørg dine elever om, hvordan systemet ville fungere, hvis generatorens udgangsspænding var nøjagtigt den forventede belastningsspænding. Fremhæv det faktum, at generatoren ikke er perfekt: den har sin egen indre modstand, hvis værdi ikke kan ændres af dig. Hvilken position vil reostat være i under disse forhold for at opretholde målspændingen ved belastningen? Kan målspændingen overhovedet opretholdes?

Spørgsmål 7

Antag at du havde det kedelige job ved manuelt at holde udgangsspændingen for en DC-generator konstant. Din eneste kontrol over spændingen er indstillingen af ​​en reostat:


Hvad skal du gøre for at opretholde belastningsspændingen konstant, hvis belastningsmodstanden ændres for at trække mere strøm "# 7"> Reveal svar Skjul svar

For at øge belastningsspændingen skal du øge modstanden af ​​reostat. For at denne ordning skal virke, skal generatorspændingen være større end målbelastningen.

Bemærk: Denne generelle spændingsstyringsordning er kendt som shunt-regulering, hvor en parallel (shunt) modstand varieres for at styre spændingen til en belastning.

Opfølgningsspørgsmål: Under forudsætning af, at belastningsspændingen opretholdes til en konstant værdi af en stram reostatoperatør trods fluktuationer i belastningsstrømmen, hvordan ville du karakterisere strømmen gennem generatorens viklinger? Stiger det med belastningsstrøm, reduceres med belastningsstrøm eller forbliver det samme? Hvorfor?


Bemærkninger:

Ræostatjusteringens retning bør være indlysende, ligesom det er, at generatorens spænding skal være mindst lige så høj som den tilsigtede (mål) belastningsspænding. Det kan dog ikke være indlysende for alle, at generatorens spænding ikke kun kan svare til den tilsigtede belastningsspænding.

For at illustrere nødvendigheden af ​​dette, spørg dine elever om, hvordan systemet ville fungere, hvis generatorens udgangsspænding var nøjagtigt den forventede belastningsspænding. Fremhæv det faktum, at generatoren ikke er perfekt: den har sin egen indre modstand, hvis værdi ikke kan ændres af dig. Hvilken position vil reostat være i under disse forhold for at opretholde målspændingen ved belastningen? Kan målspændingen overhovedet opretholdes?

En nyttig analogi for elever er den for en bil med automatisk transmission, hvor hastigheden styres af bremsepedalen, mens acceleratorpedalen holdes konstant. Dette er ikke den mest energieffektive metode til hastighedsstyring, men det vil fungere inden for visse grænser!

Spørgsmål 8

Beskriv, hvordan en zener diode er i stand til at opretholde reguleret (næsten konstant) spænding over belastningen på trods af ændringer i belastningsstrømmen:


Reveal svar Skjul svar

Zener trækker mere eller mindre strøm som nødvendigt fra generatoren (gennem seriemodstanden) for at opretholde spændingen med en næsten konstant værdi.

Opfølgningsspørgsmål nr. 1: Hvis generatoren tilfældigvis producerer en smule krusningsspænding (som alle elektromekaniske DC-generatorer gør), vil nogen af ​​denne krusningsspænding komme frem i belastningen efter at have passeret zener diode spændingsregulator kredsløb "noter skjult"> Bemærkninger:

Bed dine elever om at beskrive, hvordan energieffektive de tror, ​​at dette kredsløb er. Har de mistanke om, at det ville være mere egnet til lavspændingsapplikationer eller højspændingsapplikationer?

Spørgsmål 9

Beregn strømmen gennem zener diode for de givne værdier af belastningsmodstand i dette kredsløb:


R belastning = 1 kΩ; Jeg zener =
R belastning = 910 Ω; Jeg zener =
R belastning = 680 Ω; Jeg zener =
R belastning = 470 Ω; Jeg zener =
R belastning = 330 Ω; Jeg zener =

Kan du se noget forhold mellem belastningsstrøm og zener diode strøm "# 9"> Reveal svar Skjul svar

Efterhånden som belastningsstrømmen stiger (med mindre belastningsmodstand) falder zenerdiode strømmen:

R belastning = 1 kΩ; Jeg zener = 14, 7 mA
R belastning = 910 Ω; Jeg zener = 14, 2 mA
R belastning = 680 Ω; Jeg zener = 12, 3 mA
R belastning = 470 Ω; Jeg zener = 8, 95 mA
R belastning = 330 Ω; Jeg zener = 4, 35 mA

Opfølgningsspørgsmål: Hvilken værdi af belastningsmodstand vil resultere i nulstrøm gennem zenerdioden (samtidig med at en udgangsspænding på 5, 1 volt holdes)?


Bemærkninger:

Denne øvelse i den nuværende beregning skal få eleverne til at realisere det inverse forhold mellem load current og zener current: at zener diode regulerer spænding ved at fungere som en parasitisk belastning af forskellig andel. Enkelt sagt lægger dioden ned kredsløbet så meget som nødvendigt for at opretholde en stabil spænding ved belastningsterminalerne.

Det skal bemærkes, at de beregnede svar vist her ikke vil svare præcist til et ægte zener-diode-kredsløb, fordi zener-dioder har en tendens til gradvist at aftage i strømmen, idet den anvendte spænding nærmer zener spændingsværdien i stedet for strømmen kraftigt faldende til nul som en enklere model ville forudsige.

Opfølgningsspørgsmålet er meget vigtigt. Alle zenerdiode regulator kredsløb har en mindste belastningsmodstandsværdi, der skal overholdes, for at udgangsspændingen ikke skal falde under reguleringspunktet. Diskuter med dine elever, hvordan zener diodeens "loading" -adfærd forklarer behovet for en bestemt mindste belastningsmodstandsværdi.

Spørgsmål 10

Beregn strømmen gennem zener diode for de givne værdier af belastningsmodstand i dette kredsløb:


R belastning = 1, 5 kΩ; Jeg zener =
R belastning = 1 kΩ; Jeg zener =
R belastning = 910 Ω; Jeg zener =
R belastning = 780 Ω; Jeg zener =
Reveal svar Skjul svar

R belastning = 1, 5 kΩ; Jeg zener = 8, 15 mA
R belastning = 1 kΩ; Jeg zener = 5, 52 mA
R belastning = 910 Ω; Jeg zener = 4, 74 mA
R belastning = 780 Ω; Jeg zener = 3, 29 mA

Opfølgningsspørgsmål: Hvilken værdi af belastningsmodstand vil resultere i nulstrøm gennem zenerdioden (samtidig med at en udgangsspænding på 7, 9 volt holdes) "noter skjult"> Noter:

Denne øvelse i den nuværende beregning skal få eleverne til at realisere det inverse forhold mellem load current og zener current: at zener diode regulerer spænding ved at fungere som en parasitisk belastning af forskellig andel. Enkelt sagt lægger dioden ned kredsløbet så meget som nødvendigt for at opretholde en stabil spænding ved belastningsterminalerne.

Det skal bemærkes, at de beregnede svar vist her ikke vil svare præcist til et ægte zener-diode-kredsløb, fordi zener-dioder har en tendens til gradvist at aftage i strømmen, idet den anvendte spænding nærmer zener spændingsværdien i stedet for strømmen kraftigt faldende til nul som en enklere model ville forudsige.

Opfølgningsspørgsmålet er meget vigtigt. Alle zenerdiode regulator kredsløb har en mindste belastningsmodstandsværdi, der skal overholdes, for at udgangsspændingen ikke skal falde under reguleringspunktet. Diskuter med dine elever, hvordan zener diodeens "loading" -adfærd forklarer behovet for en bestemt mindste belastningsmodstandsværdi.

Spørgsmål 11

Beregn strømmen gennem zener diode for de givne værdier af belastningsmodstand i dette kredsløb:


R belastning = 2 kΩ; Jeg zener =
R belastning = 3 kΩ; Jeg zener =
R belastning = 4 kΩ; Jeg zener =
R belastning = 5 kΩ; Jeg zener =
Reveal svar Skjul svar

R belastning = 2 kΩ; Jeg zener = 1.705 mA
R belastning = 3 kΩ; Jeg zener = 3, 788 mA
R belastning = 4 kΩ; Jeg zener = 4.830 mA
R belastning = 5 kΩ; Jeg zener = 5, 455 mA

Opfølgningsspørgsmål: Hvilken værdi af belastningsmodstand vil resultere i nulstrøm gennem zenerdioden (samtidig med at en udgangsspænding på 5.1 volt holdes) "noter skjult"> Noter:

Denne øvelse i den nuværende beregning skal få eleverne til at realisere det inverse forhold mellem load current og zener current: at zener diode regulerer spænding ved at fungere som en parasitisk belastning af forskellig andel. Enkelt sagt lægger dioden ned kredsløbet så meget som nødvendigt for at opretholde en stabil spænding ved belastningsterminalerne.

Det skal bemærkes, at de beregnede svar vist her ikke vil svare præcist til et ægte zener-diode-kredsløb, fordi zener-dioder har en tendens til gradvist at aftage i strømmen, idet den anvendte spænding nærmer zener spændingsværdien i stedet for strømmen kraftigt faldende til nul som en enklere model ville forudsige.

Opfølgningsspørgsmålet er meget vigtigt. Alle zenerdiode regulator kredsløb har en mindste belastningsmodstandsværdi, der skal overholdes, for at udgangsspændingen ikke skal falde under reguleringspunktet. Diskuter med dine elever, hvordan zener diodeens "loading" -adfærd forklarer behovet for en bestemt mindste belastningsmodstandsværdi.

Spørgsmål 12

Beregn den effekt, der afledes af 5 volt zener diode for følgende værdier af motorstrøm (antag batterispændingen forbliver konstant ved 12 volt):


I motor = 20 mA; P zener =
I motor = 50 mA; P zener =
I motor = 90 mA; P zener =
I motor = 120 mA; P zener =
I motor = 150 mA; P zener =
Reveal svar Skjul svar

I motor = 20 mA; P zener = 600 mW
I motor = 50 mA; P zener = 450 mW
I motor = 90 mA; P zener = 250 mW
I motor = 120 mA; P zener = 100 mW
I motor = 150 mA; P zener = 0 mW

Opfølgningsspørgsmål: Ladespænding ved 5 volt konstant i hele dette område af belastningsstrømme (fra 20 mA til 150 mA) "noter skjult"> Noter:

Opfølgningsspørgsmålet er ret vigtigt her, da eleverne skal indse begrænsningerne for zenerbaserede spændingsregulatorer. Vigtigst er det, at de kan beregne den nøjagtige nuværende grænse for en zener-baseret spændingsregulator - det punkt, hvor det stopper med at regulere?

Det skal bemærkes, at de beregnede svar vist her ikke vil svare præcist til et ægte zener-diode-kredsløb, fordi zener-dioder har en tendens til gradvist at aftage i strømmen, idet den anvendte spænding nærmer zener spændingsværdien i stedet for strømmen kraftigt faldende til nul som en enklere model ville forudsige.

Spørgsmål 13

Beregn strømmen gennem zener diode for de givne værdier af input (source) spænding i dette kredsløb:


V kilde = 25 V; Jeg zener =
V kilde = 20 V; Jeg zener =
V kilde = 15 V; Jeg zener =
V kilde = 10 V; Jeg zener =
V kilde = 5 V; Jeg zener =

Kan du se noget forhold mellem kildespænding og zener diode strøm "# 13"> Reveal svar Skjul svar

Når kildespændingen falder, falder også zenerdiodestrømmen:

V kilde = 25 V; Jeg zener = 41, 49 mA
V kilde = 20 V; Jeg zener = 30, 85 mA
V kilde = 15 V; Jeg zener = 20, 21 mA
V kilde = 10 V; Jeg zener = 9, 58 mA
V kilde = 5 V; Jeg zener = 0 mA

Opfølgningsspørgsmål: Hvilken værdi af kildespændingsindgang vil resultere i nulstrøm gennem zener-diode (samtidig med at en udgangsspænding på 5, 1 volt holdes)?


Bemærkninger:

Denne øvelse i den nuværende beregning skal få eleverne til at realisere det omvendte forhold mellem indgangsspænding og zenerstrøm: at zenerdioden regulerer spændingen ved at virke som en parasitisk belastning af forskellig andel. Enkelt sagt lægger dioden ned kredsløbet så meget som nødvendigt for at opretholde en stabil spænding ved belastningsterminalerne.

Det skal bemærkes, at de beregnede svar vist her ikke vil svare præcist til et ægte zener-diode-kredsløb, fordi zener-dioder har en tendens til gradvist at aftage i strømmen, idet den anvendte spænding nærmer zener spændingsværdien i stedet for strømmen kraftigt faldende til nul som en enklere model ville forudsige.

Opfølgningsspørgsmålet er meget vigtigt. Alle zener diode regulator kredsløb har en minimum indgangsspændingsværdi, som skal overholdes, så at udgangsspændingen falder under reguleringspunktet. Diskuter med dine elever, hvordan zener diodeens "loading" -adfærd forklarer behovet for en bestemt minimumspænding.

Spørgsmål 14

Kvalitativt afgøre, hvad der vil ske med seriemodstandens nuværende og zenerdiode strømmen i dette spændingsregulator kredsløb, hvis belastningsstrømmen pludselig falder . Antag, at zener diodeens adfærd er ideel; dvs. dets spændingsfald er absolut konstant i hele driftsområdet.


I R series = ( stig, reducer eller uændret "# 14"> Reveal svar Skjul svar

Hvis belastningsstrømmen falder, vil jeg øge zener og I R- serien forbliver uændret.

Udfordringsspørgsmål: Hvad tror du vil ske med en ægte zener diode, hvor spændingsfaldet ændrer sig lidt med ændringer i strømmen?


Bemærkninger:

En konceptuel forståelse af zener diode regulator kredsløb er vigtig, måske endnu vigtigere end en kvantitativ forståelse. Dine elever skal forstå, hvad der sker med de forskellige variabler i et sådant kredsløb, når en anden parameter ændres for at forstå, hvordan disse kredsløb vil reagere dynamisk på ændrede belastnings- eller kildevilkår.

Spørgsmål 15

Kvalitativt afgøre, hvad der vil ske med belastningsstrømmen og zenerdiode strømmen i dette spændingsregulator kredsløb, hvis kildespændingen pludselig stiger . Antag, at zener diodeens adfærd er ideel; dvs. dets spændingsfald er absolut konstant i hele driftsområdet.


Jeg indlæser = ( stig, reducer eller uændret "# 15"> Reveal svar Skjul svar

Hvis kildespændingen øges, vil jeg øge zeneren, og jeg indlæser forbliver uændret.

Udfordringsspørgsmål: Hvad tror du vil ske med en ægte zener diode, hvor spændingsfaldet ændrer sig lidt med ændringer i strømmen?


Bemærkninger:

En konceptuel forståelse af zener diode regulator kredsløb er vigtig, måske endnu vigtigere end en kvantitativ forståelse. Dine elever skal forstå, hvad der sker med de forskellige variabler i et sådant kredsløb, når en anden parameter ændres for at forstå, hvordan disse kredsløb vil reagere dynamisk på ændrede belastnings- eller kildevilkår.

Spørgsmål 16

Zener dioder er enkle og nyttige enheder til opbygning af spændingsregulator kredsløb, men er tidspunkter, hvor du måske må improvisere i mangel af den rigtige zener diode. Forklar, hvordan normale dioder kan bruges som rå substitutter til en zener diode i følgende kredsløb:


Reveal svar Skjul svar



Bemærkninger:

Jeg har faktisk gjort dette før i hjemmelavede kredsløb. Spændingsregulering er ikke så god (især temperaturafhængigheden), men det er bedre end ingen regulering overhovedet!

Spørgsmål 17

Antag at du skulle bygge et simpelt spændingsregulator kredsløb med et reguleringspunkt på 4, 5 volt, men havde ingen zener dioder at arbejde med. Kan du tænke på en måde, hvorpå normale dioder kan bruges til formålet i stedet "# 17"> Reveal svar Skjul svar


(Antallet af seriekoblede dioder kræves afhængigt af det faktiske fremadspændingsfald for hver diode under indlæste forhold.)


Bemærkninger:

Nogle elever kan foreslå at bruge normale dioder baglæns og udnytte det omvendte fænomen, der er fælles for alle PN-kryds. Uanset om dette forslag er lavet, spørg dine elever, hvorfor det ikke ville være en praktisk løsning i dette tilfælde.

Spørgsmål 18

Ved hvilken belastningsmodstandsværdi vil dette spændingsregulator kredsløb begynde at miste sin evne til at regulere spænding "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01066x01.png">

Reveal svar Skjul svar

Der er ingen belastningsregulering for belastningsresistensværdier under 15 kΩ.

Opfølgningsspørgsmål: Beregn den effekt, der afbrydes af alle komponenter i dette kredsløb, hvis R belastning = 30 kΩ.

Udfordringsspørgsmål: skriv en ligningsopløsning for den mindste belastningsmodstand, der kræves for at opretholde spændingsregulering.


Bemærkninger:

For de studerende, der kæmper med "større end" / "mindre end" -problemet, foreslår de dem, at de forestiller sig belastningsmodstanden, idet der antages ekstreme værdier: først 0 ohm og derefter uendelige ohm. Når de har gjort det, så spørg dem om at bestemme under hvilke af disse ekstreme forhold, at belastningsreguleringen stadig er vedligeholdt.

At udføre "tankeeksperimenter" med ekstreme komponentværdier er en yderst effektiv problemløsningsteknik til mange applikationer, og det er en, du bør stresse ofte for dine elever.

Det skal bemærkes, at det beregnede svar vist her ikke vil svare præcist til et ægte zener-diode-kredsløb på grund af det faktum, at zener-dioder har en tendens til gradvist at aftage i strømmen, da den påførte spænding nærmer zener-spændingen i stedet for strømmen kraftigt faldende til nul som en enklere model ville forudsige.

Spørgsmål 19

Forud for fremkomsten af ​​zener-dioder blev gasudladningsrør og pærer almindeligt anvendt som spændingsregulerende indretninger.


Forklar, hvordan en sådan enhed regulerer spænding og kommentere om denne type enhed stadig er praktisk i moderne kredsløbsdesign.

Reveal svar Skjul svar

Gasudladningsanordninger, som zener-dioder, udnytter de skarpt lodrette dele af deres nuværende / spændingsoverføringsfunktioner til at regulere spænding over et bredt spekter af strøm:




Bemærkninger:

Gasudladningslampens overføringsfunktion kan være forvirrende til at analysere i starten, men det giver mening, når eleverne minder om princippet om gasionisering med stigende spænding. Bed dem om at forklare, hvad betydningen af ​​hver grafs vertikale dele er, i forbindelse med spændingsregulering.

Spørgsmål 20

Precisionsspændingsreferenceregulatorer er ofte konstrueret af to zener-dioder forbundet i serie som denne:


Forklar hvorfor to zener dioder giver større stabilitet end en enkelt zener diode ville og også tegne et kredsløb, der viser en spændingskilde, så denne komponent fungerer som en komplet spændingsreference.

Reveal svar Skjul svar

To zener dioder giver bedre stabilitet end en enkelt zener diode, fordi de termiske koefficienter af dioderne i deres respektive tilstande er komplementære. Dette forudsætter selvfølgelig, at den omvendte forspændte diode anvender lavineffekten til regulering af spændingen.

Et fungerende spændingsregulator kredsløb kan se sådan ud:



Bemærkninger:

Nogle elever kan blive forvirrede af ordet "komplementære" som det bruges i svaret. Bed alle eleverne om at forklare, hvad dette ord betyder, i sammenhæng med to temperaturkoefficienter og øget stabilitet.

Spørgsmål 21

Det er muligt at købe ovnstabiliserede zener IC'er (integrerede kredsløb). Forklar, hvad disse er, og hvad de er nyttige til.

Reveal svar Skjul svar

Ovnstabiliserede zenere bruges til præcisionsspændingsreferencer. Jeg vil lade dig undersøge, hvordan de er konstrueret, og hvordan de virker.


Bemærkninger:

Udfordre dine elever til at vise dig et datablad for en af ​​disse enheder!

Spørgsmål 22


∫f (x) dx Calculus alarm!



Hvordan defineres parameteren for zenerimpedans for en zener diode "# 22"> Reveal svar Skjul svar

Z zener = ((ΔE diode ) / (ΔI diode )) eller Z zener = ((d Diode ) / (d I diode ))

("D" er et beregningssymbol, der repræsenterer en ændring af uendelig størrelse.)

Ideelt set vil en zener diode have en zenerimpedans på nul ohm.


Bemærkninger:

Bed dine elever om at relatere en diode zenerimpedans til hældningen af ​​sin karakteristiske kurve.

Spørgsmål 23

Find en eller to ægte zener-dioder og tag dem med til dig for at diskutere. Identificer så mange oplysninger som muligt om dine dioder inden diskussionen:

Polaritet (hvilken terminal er katode og hvilken anode)
Fremad spændingsfald
Kontinuerlig nuværende vurdering
Overskyd nuværende rating
Kontinuerlig effekt rating
Zener spænding rating
Reveal svar Skjul svar

Hvis det er muligt, skal du finde en fabrikants dataark for dine komponenter (eller i det mindste et datablad for en lignende komponent) for at diskutere med dine klassekammerater. Vær forberedt på at bevise fremadspændingsfaldet på dine dioder i klassen ved at bruge et multimeter!


Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at kinestetisk interagere med emnet. Det kan måske være fjollet at få eleverne til at deltage i en "show and tell" -øvelse, men jeg har fundet ud af, at aktiviteter som dette i høj grad hjælper nogle studerende. For de elever, der er kinestetiske i naturen, er det en stor hjælp til faktisk at røre virkelige komponenter, mens de lærer om deres funktion. Selvfølgelig giver dette spørgsmål også en glimrende mulighed for at praktisere tolkning af komponentmærkninger, bruge et multimeter, adgangsdatablade mv.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →