 |
| دايود الزينرZener Diode |
ما هو ثنائي زينر Zener Diode
يعرف دايود الزينر بأنه عبارة عن وصلة p-n مصنعة من السيليكون تعمل نفس عمل الدايود العادي في الانحياز الأمامي ولكنها تختلف عن الدايود العادي في كونها مصممة للعمل في منطقة الانهيار العكسي بدون حوث أي مشاكل.
رمز الزينر دايود
 |
| رمز الزينر دايود |
رمز Zener diode يشبه الصمام الثنائي العادي باستثناء التغيير في الانحناء الصغير عند حواف الخط العمودي لعمل شكل يشبه حرف Z.
أهم وظيفة للدايود الزينر هو حماية الدوائر من الارتفاع المفاجئ للتيار، كما أن له العديد من الوظائف الأخرى التي سوف نتعرف عليها من خلال معرفة استخدامات وتطبيقات الديود الزينر.
نلاحظ ان دايود الزينر له نفس خصائص الدايود العادي في الانحياز الامامي أم في حالة الانحياز العكسي نلاحظ ان التيار المار سوف يكون ضئيلا جدا للجهود أقل من جهد الزينر V Z ولكن عند وصول الجهد المطبق إلى جهد الزينر نلاحظ زيادة التيار المار بسرعة دون زيادة الجهد لذلك يستخدم دايود الزينر كمثبت أو منظم للجهد.
تيار ركبة الزينر I ZK هو أقل قيمة للتيار العكسي تحافظ على دايود الزينر في الانهيار العكسي والعمل كمنظم للجهد حيث ان إذا قلت القيمة عن تيار ركبة الزينر لن يعمل دايود الزينر.
تيار زينر الأقصى I ZMهو أقصي قيمة للتيار يمكن ان يتحملها دايود الزينر ولو زادت القيمة عنه يتلف دايود الزينر نتيجة لزيادة الطاقة المبددة وبالتالي ارتفاع درجة الحرارة عن القيمة القصوى التي يتحملها الدايود.
يعمل دايود الزينر في هذه الدائرة كبطارية لها جهد يساوي جهد الزينر V Z ويوصل معه مقاومة صغيرة r Z تمثل مقاوم دايود الزينر ,ويمكننا حساب قيمة مقاومة دايود الزينر عن طريق المعادلة التالية:
على غرار الصمام الثنائي تتغير مقاومته مع مستوى الجهد المطبق ولذلك يتم استخدامه كمفتاح في بعض الأجهزة.
دائرة المقص عبارة عن دائرة إلكترونية تستخدم لتغيير شكل الموجة أو شكل الإشارة ويتم ذلك لحماية بعض المكونات الحساسة من الجهد الزائد، يتم استخدام الصمام الثنائي Zener في مثل هذه الدوائر لقطع ذروة إشارات معينة.
نظرا لأن Zener يوفر جهدا ثابتا فإنه يستخدم كإشارة مرجعية لمقارنة إشارة الجهد.
عند استخدامه على التوالي مع مصدر طاقة، يمكن لثنائيات زينر إنشاء جهد خرج أقل، مما يؤدي إلى تغيير مستوى الجهد بشكل فعال.
في بعض التطبيقات المتخصصة، يمكن استخدام الضوضاء الناتجة عن تأثير انهيار زينر كمصدر ضوضاء عشوائي
فيما يلي بعض مزايا الصمام الثنائي Zener Diode:
فيما يلي بعض عيوب الصمام الثنائي Zener Diode:
يمكنك التعرف على الفرق بين الدايود العدي والزينر دايود من هنا
يشير الانهيار في صمام ثنائي زينر إلى الحالة التي يبدأ فيها الصمام الثنائي في توصيل التيار في الاتجاه المعاكس. يحدث هذا عندما يتجاوز الجهد عبر الصمام الثنائي مستوى معينًا يُعرف بجهد الانهيار أو جهد زينر.
يحدث انهيار زينر بسبب أمران هما:
تأثير زينر: يحدث هذا عند جهد انهيار منخفض نسبيًا (عادةً أقل من 5-6 فولت). يحدث ذلك بسبب المجال الكهربائي العالي الذي يتيح نفق الإلكترونات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، مما يؤدي إلى تدفق التيار في الاتجاه المعاكس.
تأثير الانهيار الجليدي: يحدث هذا عند ارتفاع جهد الانهيار. وهو ينطوي على تسريع الإلكترونات الحرة إلى طاقات كافية لتحرير الإلكترونات الأخرى، مما يؤدي إلى خلق "سيلان" من تدفق الإلكترونات.
المصادر
What is a zener diode
وظيفة الدايود زينر
أهم وظيفة للدايود الزينر هو حماية الدوائر من الارتفاع المفاجئ للتيار، كما أن له العديد من الوظائف الأخرى التي سوف نتعرف عليها من خلال معرفة استخدامات وتطبيقات الديود الزينر.
منحنى خواص دايود الزينر
 |
| منحنى خواص دايود الزينر |
نلاحظ ان دايود الزينر له نفس خصائص الدايود العادي في الانحياز الامامي أم في حالة الانحياز العكسي نلاحظ ان التيار المار سوف يكون ضئيلا جدا للجهود أقل من جهد الزينر V Z ولكن عند وصول الجهد المطبق إلى جهد الزينر نلاحظ زيادة التيار المار بسرعة دون زيادة الجهد لذلك يستخدم دايود الزينر كمثبت أو منظم للجهد.
تيار ركبة الزينر I ZK هو أقل قيمة للتيار العكسي تحافظ على دايود الزينر في الانهيار العكسي والعمل كمنظم للجهد حيث ان إذا قلت القيمة عن تيار ركبة الزينر لن يعمل دايود الزينر.
تيار زينر الأقصى I ZMهو أقصي قيمة للتيار يمكن ان يتحملها دايود الزينر ولو زادت القيمة عنه يتلف دايود الزينر نتيجة لزيادة الطاقة المبددة وبالتالي ارتفاع درجة الحرارة عن القيمة القصوى التي يتحملها الدايود.
الدائرة المكافئة لدايود الزينر
 |
| الدائرة المكافئة لدايود الزينر |
يعمل دايود الزينر في هذه الدائرة كبطارية لها جهد يساوي جهد الزينر V Z ويوصل معه مقاومة صغيرة r Z تمثل مقاوم دايود الزينر ,ويمكننا حساب قيمة مقاومة دايود الزينر عن طريق المعادلة التالية:
حيث أن قيمة المقاومة تساوي النسبة بين التغير في قيمة الجهد إلى التغير في قيمة التيار.
يرمز له بالرمز TC وهو عبارة عن النسبة المئوية لتغير جهد الزينر لكل تغير في قيمة درجة الحرارة مقداره واحد درجة مئوية.
ويمكن الحصول عليه من خلال المعادلة التالية:
حيث ان :
V Z هو جهد الزينر عند 25C 0
TC هو المعامل الحراري
مقدار التغير في درجة حرارة الوصلة
ملاحظة
ممكن ان يكون المعامل الحراري TC موجب بمعني ان جهد الزينر V Z يزيد مع زيادة درجة الحرارة ويقل مع انخفاضها.
وممكن ان يكون المعامل الحراري TC سالب بمعني أن جهد الزينر V Z يقل مع ارتفاع درة الحرارة ويزيد مع انخفاضها.
يمكننا تحديد قيمة القدرة المبددة في دايود الزينرPZ من خلال المعادلة التالية:
وللحصول على القيمة القصوي للقدرة المبددة في دايود الزينر يكون من خلال المعادلة التالية:
يستخدم الصمام الثنائي Zener في تطبيقات مختلفة فيما يلي بعض التطبيقات الرئيسية للديود Zener.
منظم الجهد أو المثبت عبارة عن دائرة توفر جهدا ثابتا حتى لو تذبذب جهد المصدر أو تموج يزيل التقلبات أو ارتفاعات الجهد التي قد تلحق الضرر بالحمل الحساس المتصل به.
يتم توصيل Zener بالتوازي مع الحمل لتوفير جهد منظم بينما يتم استخدام المقاوم التسلسلي للحفاظ على التيار المتدفق عبر الصمام الثنائي والحد منه،جهد الحمل هو نفس جهد Zener V Z من الصمام الثنائي Zener
يعمل دايود الزينر كمنظنم ومثبت للجهد حيث يستخدم دايود الزينر في تثبيت قيمة الجهد على طرفي الحمل مع التغيرات التي من الممكن ان تحدث سواء كانت في تغير قيمة جهد الدخل أو تغير قيمة مقاومة الحمل.
يعمل دايود الزينر على تثبيت قيمة فرق الجهد على طرفي الحمل V L عند جهد الزينر في تغير جهد الدخل V in ويطلق عليه تنظيم الدخل أو تنظيم الخط.
وتعمل هذه الدائرة على الحفاظ على جهد الحمل عند جهد الزينر V Z في حالة تغير جهد الدخل V in وهذا يؤدي إلى زيادة الجهد المطبق على المقاومة R وبالتالي زيادة التيار I t المار خلالها ,ونظرا لأن التيار المار خلال مقاومة الحمل I L يكون ثابتا فإن الزيادة في التيار I t تمر عبر دايود الزينر، وتستمر عملية تثبيت جهد الحمل مع تغير جهد الدخل طالما أن التيار المار عبر الزينر I Z أكبر من قيمة I ZK وأقل من قيمة I ZM حتى نضمن عمل الزينر في منطقة الانهيار.
يستخدم دايود الزينر هنا كمثبت لجهد الحمل V L عندما يساوي جهد الحمل V L جهد الزينر V Z في حالة تغير قيمة الحمل RL وهو ما يطلق عليه تنظيم الحمل.
وتعمل هذه الدائرة عندما تكون أطراف الخرج لمنظم زينر الجهد مفتوحة وتيار الحمل I L يساوي صفر وبالتالي يتدفق التيار الكلي I t خلال الزينر وعندما نقوم بتوصيل مقاومة الحمل RL فإن جزء من التيار سوف يمر خلالها والجزء الاخر يمر عبر الزينر، وبتقليل قيمة مقاومة الحمل R L فإن قيمة تيار الحمل I Lتزداد وقيمة جهد الزينرV Z تقل مع ثبات قيمة التيار الكلي I t، ويستمر دايود الزينر في تثبيت جهد الحمل V L عند قيمة جهد الزينر V Z إلى أن يصل تيار الزينر إلى أقل قيمة له I ZK وعند هذه النقطة سوف يكون تيار الحمل I L وصل إلى أقصي قيمة له حيث أن :
معامل الحرارة (Temperature coefficient) لدايود الزينر
يرمز له بالرمز TC وهو عبارة عن النسبة المئوية لتغير جهد الزينر لكل تغير في قيمة درجة الحرارة مقداره واحد درجة مئوية.
ويمكن الحصول عليه من خلال المعادلة التالية:
حيث ان :
V Z هو جهد الزينر عند 25C 0
TC هو المعامل الحراري
مقدار التغير في درجة حرارة الوصلة
ملاحظة
ممكن ان يكون المعامل الحراري TC موجب بمعني ان جهد الزينر V Z يزيد مع زيادة درجة الحرارة ويقل مع انخفاضها.
وممكن ان يكون المعامل الحراري TC سالب بمعني أن جهد الزينر V Z يقل مع ارتفاع درة الحرارة ويزيد مع انخفاضها.
القدرة المبددة في دايود الزينر (Zener Power Dissipation)
يمكننا تحديد قيمة القدرة المبددة في دايود الزينرPZ من خلال المعادلة التالية:
وللحصول على القيمة القصوي للقدرة المبددة في دايود الزينر يكون من خلال المعادلة التالية:
تطبيقات الزينر دايود
يستخدم الصمام الثنائي Zener في تطبيقات مختلفة فيما يلي بعض التطبيقات الرئيسية للديود Zener.
ثنائي الزينر كمنظم جهد
منظم الجهد أو المثبت عبارة عن دائرة توفر جهدا ثابتا حتى لو تذبذب جهد المصدر أو تموج يزيل التقلبات أو ارتفاعات الجهد التي قد تلحق الضرر بالحمل الحساس المتصل به.
يتم توصيل Zener بالتوازي مع الحمل لتوفير جهد منظم بينما يتم استخدام المقاوم التسلسلي للحفاظ على التيار المتدفق عبر الصمام الثنائي والحد منه،جهد الحمل هو نفس جهد Zener V Z من الصمام الثنائي Zener
يعمل دايود الزينر كمنظنم ومثبت للجهد حيث يستخدم دايود الزينر في تثبيت قيمة الجهد على طرفي الحمل مع التغيرات التي من الممكن ان تحدث سواء كانت في تغير قيمة جهد الدخل أو تغير قيمة مقاومة الحمل.
منظم زينر مع تغير جهد الدخل
 |
| منظم زينر مع تغير جهد الدخل |
يعمل دايود الزينر على تثبيت قيمة فرق الجهد على طرفي الحمل V L عند جهد الزينر في تغير جهد الدخل V in ويطلق عليه تنظيم الدخل أو تنظيم الخط.
وتعمل هذه الدائرة على الحفاظ على جهد الحمل عند جهد الزينر V Z في حالة تغير جهد الدخل V in وهذا يؤدي إلى زيادة الجهد المطبق على المقاومة R وبالتالي زيادة التيار I t المار خلالها ,ونظرا لأن التيار المار خلال مقاومة الحمل I L يكون ثابتا فإن الزيادة في التيار I t تمر عبر دايود الزينر، وتستمر عملية تثبيت جهد الحمل مع تغير جهد الدخل طالما أن التيار المار عبر الزينر I Z أكبر من قيمة I ZK وأقل من قيمة I ZM حتى نضمن عمل الزينر في منطقة الانهيار.
منظم زينر مع تغير الحمل
 |
| منظم زينر مع تغير الحمل |
يستخدم دايود الزينر هنا كمثبت لجهد الحمل V L عندما يساوي جهد الحمل V L جهد الزينر V Z في حالة تغير قيمة الحمل RL وهو ما يطلق عليه تنظيم الحمل.
وتعمل هذه الدائرة عندما تكون أطراف الخرج لمنظم زينر الجهد مفتوحة وتيار الحمل I L يساوي صفر وبالتالي يتدفق التيار الكلي I t خلال الزينر وعندما نقوم بتوصيل مقاومة الحمل RL فإن جزء من التيار سوف يمر خلالها والجزء الاخر يمر عبر الزينر، وبتقليل قيمة مقاومة الحمل R L فإن قيمة تيار الحمل I Lتزداد وقيمة جهد الزينرV Z تقل مع ثبات قيمة التيار الكلي I t، ويستمر دايود الزينر في تثبيت جهد الحمل V L عند قيمة جهد الزينر V Z إلى أن يصل تيار الزينر إلى أقل قيمة له I ZK وعند هذه النقطة سوف يكون تيار الحمل I L وصل إلى أقصي قيمة له حيث أن :
ثنائي الزينر كمفتاح
على غرار الصمام الثنائي تتغير مقاومته مع مستوى الجهد المطبق ولذلك يتم استخدامه كمفتاح في بعض الأجهزة.
ثنائي الزينر كدائرة المقص
دائرة المقص عبارة عن دائرة إلكترونية تستخدم لتغيير شكل الموجة أو شكل الإشارة ويتم ذلك لحماية بعض المكونات الحساسة من الجهد الزائد، يتم استخدام الصمام الثنائي Zener في مثل هذه الدوائر لقطع ذروة إشارات معينة.
ثنائي الزينر كإشارة مرجعية
نظرا لأن Zener يوفر جهدا ثابتا فإنه يستخدم كإشارة مرجعية لمقارنة إشارة الجهد.
ثنائي الزينر كحماية متعددة
أجهزة القياس المتعددة هي أجهزة إلكترونية حساسة يتم توصيلها غالبا في تكوين خاطئ بدوائر الجهد العالي أو التيار العالي في مثل هذه الحالات يمكن أن يؤدي التدفق العالي جدا للتيار إلى إتلافه لذلك يتم استخدام الصمام الثنائي Zener المتصل بالتوازي لتحويل التيار الزائد وحماية الجهاز من التلف.ثنائي الزينر كمحول الجهد الكهربي
عند استخدامه على التوالي مع مصدر طاقة، يمكن لثنائيات زينر إنشاء جهد خرج أقل، مما يؤدي إلى تغيير مستوى الجهد بشكل فعال.
ثنائي الزينر كمولد للضوضاء
في بعض التطبيقات المتخصصة، يمكن استخدام الضوضاء الناتجة عن تأثير انهيار زينر كمصدر ضوضاء عشوائي
مزايا وعيوب ثنائيات الزينر
مزايا ثنائي الزينر
فيما يلي بعض مزايا الصمام الثنائي Zener Diode:
- الصمام الثنائي زينر يحمي من ارتفاع الجهد والجهد الزائد.
- إنه أصغر في الحجم.
- يمكنه بسهولة وكفاءة تثبيت الجهد.
- يمكنه التعامل مع الفولتية العالية.
- إنه أرخص وفعال من حيث التكلفة.
سلبيات وعيوب ثنائي الزينر
فيما يلي بعض عيوب الصمام الثنائي Zener Diode:
- لا يمكنه التعامل مع تيار كبير جدا.
- يوفر جهد خرج ثابت لا يمكن تغييره.
- يعتمد تيار زينر على تيار الحمل.
الأسئلة الشائعة حول دايود الزينرZener Diode
ما الفرق بين الدايود العادي والزينر؟
يمكنك التعرف على الفرق بين الدايود العدي والزينر دايود من هنا
متى ينهار الزينر دايود؟
يشير الانهيار في صمام ثنائي زينر إلى الحالة التي يبدأ فيها الصمام الثنائي في توصيل التيار في الاتجاه المعاكس. يحدث هذا عندما يتجاوز الجهد عبر الصمام الثنائي مستوى معينًا يُعرف بجهد الانهيار أو جهد زينر.
يحدث انهيار زينر بسبب أمران هما:
تأثير زينر: يحدث هذا عند جهد انهيار منخفض نسبيًا (عادةً أقل من 5-6 فولت). يحدث ذلك بسبب المجال الكهربائي العالي الذي يتيح نفق الإلكترونات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، مما يؤدي إلى تدفق التيار في الاتجاه المعاكس.
تأثير الانهيار الجليدي: يحدث هذا عند ارتفاع جهد الانهيار. وهو ينطوي على تسريع الإلكترونات الحرة إلى طاقات كافية لتحرير الإلكترونات الأخرى، مما يؤدي إلى خلق "سيلان" من تدفق الإلكترونات.
المصادر
What is a zener diode