Zener Diodes

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

$config[ads_text] not found
Anonim

Zener Diodes

Peranti dan Litar Semikonduktor Diskret


soalan 1

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan "jawaban" daripada buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Berhati-hati mengukur dan merekod semua nilai komponen sebelum pembinaan litar, memilih nilai resistor yang cukup tinggi untuk merosakkan komponen aktif.
  2. Lukis gambarajah skematik untuk litar untuk dianalisis.
  3. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  4. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  5. Matematik menganalisis litar, menyelesaikan semua voltan dan nilai semasa.
  6. Berhati-hati mengukur semua voltan dan arus, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  7. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan besar (lebih daripada beberapa peratus), semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap gambarajah, kemudian berhati-hati mengira semula nilai-nilai dan mengukur semula.

Apabila pelajar pertama kali belajar tentang peranti semikonduktor, dan kemungkinan besar akan merosakkannya dengan membuat sambungan yang tidak betul dalam litar mereka, saya cadangkan mereka bereksperimen dengan komponen watt besar yang besar (1N4001 dioda membetulkan, TO-220 atau TO-3 transistor kuasa kes, dan sebagainya), dan menggunakan sumber kuasa bateri sel kering dan bukannya bekalan kuasa benchtop. Ini mengurangkan kemungkinan kerosakan komponen.

Seperti biasa, elakkan nilai resistor yang sangat tinggi dan sangat rendah, untuk mengelakkan kesilapan pengukuran yang disebabkan oleh "beban" meter (di hujung tinggi) dan untuk mengelakkan burnout burnout (pada akhir rendah). Saya cadangkan perintang antara 1 kΩ dan 100 kΩ.

Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" mereka sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramal secara matematik pelbagai nilai voltan dan semasa. Dengan cara ini, teori matematik "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan matematik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah maksud pelajar mengambil kursus "panel kerja panel panel lalai" anda?

Soalan 2

Ditunjukkan di sini ialah lengkung ciri diod:

Kenal pasti kawasan mana lengkung ini mewakili operasi normal yang berat sebelah, dan yang mewakili operasi berbalik-bias. Juga, jelaskan kepentingan bahagian dekat lengkung lengkung di kuadran kiri bawah graf.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan cabaran: kenali di mana arus tepu terbalik diod boleh didapati di dalam graf ini.

Nota:

Tanyakan pelajar anda untuk mengenal pasti kawasan lengkung yang diterangkan oleh persamaan diod Shockley. Bentuk eksponen dari persamaan itu benar-benar hanya model satu bahagian pasti lengkung!

Soalan 3

Bagaimanakah kelakuan diod zener berbeza dengan ketara daripada diod biasa (membetulkan) "# 3"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dioda Zener memecah pada voltan terbalik yang jauh lebih rendah daripada membetulkan diod, dan tegasan kerosakan mereka boleh diramal.

Nota:

Tanya kepada pelajar tentang apa yang akan digunakan oleh zener diodes. Mengapa kita memerlukan atau menginginkan peranti dengan voltan kerosakan yang stabil?

Soalan 4

Tidak semua dioda "zener" terputus dengan cara yang sama. Sesetengahnya beroperasi berdasarkan prinsip kerosakan zener, manakala yang lain beroperasi berdasarkan prinsip kerosakan longsor . Bagaimanakah pekali suhu kedua-dua jenis diod zener ini membandingkan, dan bagaimanakah anda dapat melihat sama ada satu diod zener menggunakan satu prinsip atau yang lain hanya dari penarafan voltan kerosakannya?

Dengan cara yang sama, adakah cara kita dapat menentukan jenis tindakan pecahan dari pengukuran eksperimen pada dioda zener? Terangkan bagaimana percubaan sedemikian boleh ditubuhkan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dioda zener voltan rendah mempunyai pekali suhu negatif, kerana ia mengeksploitasi kesan zener . Dioda zener voltan tinggi mempunyai koefisien suhu positif, kerana ia mengeksploitasi kesan saliran . Saya akan membiarkan anda menyelidik bagaimana untuk memberitahu perbezaan di antara zener diodes yang menggunakan setiap fenomena anda sendiri!

Cabaran soalan: menerangkan perbezaan antara kesan "zener" dan "avalanche", dari segi tindakan pembawa caj.

Nota:

Diod tetap "membetulkan" juga mempunyai pekali suhu. Tanyakan kepada pelajar anda untuk mengenal pasti sama ada pekali suhu untuk dioda membetulkan biasanya positif atau negatif, dan apa sebenarnya maksudnya. Sangat mudah untuk mengesahkan eksperimen ini, jadi anda mungkin ingin bertanya kepada pelajar anda untuk menunjukkan bagaimana untuk menentukan tanda pekali suhu dioda membetulkan sebagai permulaan untuk mengkaji semula bahagian eksperimen soalan asal.

Tanya pelajar anda untuk mengenal pasti nilai voltan biasa yang berkaitan dengan kedua-dua jenis kesan pecahan. Ini akan dengan cepat mendedahkan pelajar mana yang melakukan penyelidikan mereka untuk soalan ini, berbanding mereka yang hanya membaca jawapan yang diberikan di sini!

Soalan 5

Terangkan bagaimana lengkung ciri dari 24 volt zener diode (seperti yang dicadangkan oleh pengesan lengkung) berbeza dari diod pembetulan yang normal, ditunjukkan di sini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk menyebabkan pelajar berfikir tentang apa keluk ciri, dalam konteks perbandingan diod. Voltan pecahan diod zener biasanya sangat rendah berbanding diod pembuka normal yang membolehkan rantau ini mudah ditunjukkan pada skrin pengesan lengkung.

Soalan 6

Katakan anda mempunyai tugas membosankan secara manual mengekalkan voltan keluaran pemalar penjana DC. Satu dan satu-satunya kawalan ke atas voltan ialah penetapan rheostat:

Apa yang anda perlu lakukan untuk mengekalkan voltan beban berterusan jika rintangan beban berubah supaya dapat menarik lebih banyak "# 6"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Untuk meningkatkan voltan beban, anda mesti mengurangkan rintangan rheostat. Agar skema ini berfungsi, voltan penjana mestilah lebih besar daripada voltan beban sasaran.

Nota: skim kawalan voltan umum ini dikenali sebagai peraturan siri, di mana rintangan siri diubah untuk mengawal voltan ke beban.

Nota:

Arah penyesuaian rheostat sepatutnya jelas, seperti fakta bahawa voltan penjana mestilah sekurang-kurangnya setinggi voltan beban yang dimaksudkan. Walau bagaimanapun, mungkin tidak jelas kepada semua bahawa voltan penjana tidak boleh sama dengan voltan beban yang dimaksudkan.

Untuk menggambarkan keperluan ini, tanyakan kepada pelajar anda bagaimana sistem berfungsi jika voltan keluaran penjana adalah sama dengan voltan beban yang dimaksudkan. Tekankan fakta bahawa penjana tidak sempurna: ia mempunyai rintangan dalaman sendiri, nilai yang tidak dapat diubah oleh anda. Apakah kedudukan rheostat harus berada dalam, di bawah syarat-syarat ini, untuk mengekalkan voltan sasaran pada beban? Bolehkah voltan sasaran dikekalkan sama sekali?

Soalan 7

Katakan anda mempunyai tugas membosankan secara manual mengekalkan voltan keluaran pemalar penjana DC. Satu dan satu-satunya kawalan ke atas voltan ialah penetapan rheostat:

Apa yang anda perlu lakukan untuk mengekalkan voltan beban berterusan jika rintangan beban berubah supaya dapat menarik lebih banyak "# 7"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Untuk meningkatkan voltan beban, anda mesti meningkatkan rintangan rheostat. Agar skema ini berfungsi, voltan penjana mestilah lebih besar daripada voltan beban sasaran.

Nota: skim kawalan voltan umum ini dikenali sebagai peraturan shunt, di mana rintangan selari (shunt) diubah untuk mengawal voltan ke beban.

Persoalan tindak balas: dengan mengandaikan voltan beban dikekalkan pada nilai malar oleh pengendali rheostat yang bijak walaupun turun naik arus beban, bagaimanakah anda mencirikan arus semasa lintasan penjana? Adakah ia meningkat dengan arus beban, penurunan dengan arus beban, atau kekal sama? Mengapa?

Nota:

Arah penyesuaian rheostat sepatutnya jelas, seperti fakta bahawa voltan penjana mestilah sekurang-kurangnya setinggi voltan beban yang dimaksudkan. Walau bagaimanapun, mungkin tidak jelas kepada semua bahawa voltan penjana tidak boleh sama dengan voltan beban yang dimaksudkan.

Untuk menggambarkan keperluan ini, tanyakan kepada pelajar anda bagaimana sistem berfungsi jika voltan keluaran penjana adalah sama dengan voltan beban yang dimaksudkan. Tekankan fakta bahawa penjana tidak sempurna: ia mempunyai rintangan dalaman sendiri, nilai yang tidak dapat diubah oleh anda. Apakah kedudukan rheostat harus berada dalam, di bawah syarat-syarat ini, untuk mengekalkan voltan sasaran pada beban? Bolehkah voltan sasaran dikekalkan sama sekali?

Analogi yang berguna untuk pelajar ialah kereta dengan transmisi automatik, dengan kelajuan dikendalikan oleh pedal brek manakala pedal pemecut dikekalkan pada kedudukan yang tetap. Ini bukan kaedah kawalan kelajuan yang paling cekap, tetapi ia akan berfungsi dalam had tertentu!

Soalan 8

Huraikan bagaimana sebuah diod zener dapat mengekalkan voltan terkawal (hampir malar) merentasi beban, walaupun perubahan arus beban:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Zener menarik lebih kurang semasa yang perlu dari penjana (melalui perintang siri) untuk mengekalkan voltan pada nilai hampir malar.

Soalan susulan # 1: jika penjana berlaku untuk mengeluarkan beberapa voltan riak (kerana semua penjana DC elektromekanik lakukan), adakah mana-mana voltan riak itu muncul pada beban, selepas melepasi litar pengawal voltan diod zener "nota tersembunyi"> Nota:

Tanya pelajar anda untuk menerangkan bagaimana kecekapan tenaga yang mereka fikirkan litar ini. Adakah mereka mengesyaki ia akan lebih sesuai untuk aplikasi rendah semasa atau aplikasi tinggi semasa?

Soalan 9

Hitung arus melalui diod zener untuk nilai rintangan beban yang diberikan dalam litar ini:

R beban = 1 kΩ; Saya zener =
R beban = 910 Ω; Saya zener =
R beban = 680 Ω; Saya zener =
R beban = 470 Ω; Saya zener =
R beban = 330 Ω; Saya zener =

Adakah anda melihat apa-apa hubungan di antara beban arus semasa dan zener semasa "# 9"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Apabila arus beban meningkat (dengan rintangan beban kurang), arus zener diode berkurangan:

R beban = 1 kΩ; Saya zener = 14.7 mA
R beban = 910 Ω; Saya zener = 14.2 mA
R beban = 680 Ω; Saya zener = 12.3 mA
R beban = 470 Ω; Saya zener = 8.95 mA
R beban = 330 Ω; Saya zener = 4.35 mA

Persoalan tindak lanjut: apakah nilai rintangan beban yang akan mengakibatkan sifar semasa melalui zener diode (sementara masih mengekalkan voltan keluaran 5.1 volt)?

Nota:

Latihan ini dalam pengiraan semasa sepatutnya untuk mendapatkan pelajar untuk merealisasikan hubungan songsang antara arus beban dan arus zener: bahawa diod zener mengawal voltan dengan bertindak sebagai beban parasit dari pelbagai bahagian. Secara ringkasnya, diod memunggah ke bawah litar sebanyak yang diperlukan untuk mengekalkan voltan yang stabil di terminal beban.

Perlu diingatkan bahawa jawapan yang dihitung yang ditunjukkan di sini tidak sepadan dengan litar diod zener yang sebenar, kerana fakta bahawa zener diodes cenderung secara beransur-ansur meresap semasa semasa voltan yang digunakan mendekati penarafan voltan zener daripada sekarang menjatuhkan tajam ke sifar sebagai model yang lebih mudah akan meramalkan.

Soalan susulan sangat penting. Semua litar pengawal diod zener mempunyai nilai rintangan muatan minimum yang mesti dipatuhi, supaya voltan keluaran terkeluar di bawah titik peraturan. Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana tingkah laku "pemuatan" diener zener menerangkan keperluan untuk nilai rintangan muatan minimum tertentu.

Soalan 10

Hitung arus melalui diod zener untuk nilai rintangan beban yang diberikan dalam litar ini:

R beban = 1.5 kΩ; Saya zener =
R beban = 1 kΩ; Saya zener =
R beban = 910 Ω; Saya zener =
R beban = 780 Ω; Saya zener =
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

R beban = 1.5 kΩ; Saya zener = 8.15 mA
R beban = 1 kΩ; Saya zener = 5.52 mA
R beban = 910 Ω; Saya zener = 4.74 mA
R beban = 780 Ω; Saya zener = 3.29 mA

Soalan susulan: apakah nilai rintangan beban yang akan menghasilkan arus sifar melalui diod zener (sementara masih mengekalkan voltan keluaran 7.9 voltan) "nota tersembunyi"> Nota:

Latihan ini dalam pengiraan semasa sepatutnya untuk mendapatkan pelajar untuk merealisasikan hubungan songsang antara arus beban dan arus zener: bahawa diod zener mengawal voltan dengan bertindak sebagai beban parasit dari pelbagai bahagian. Secara ringkasnya, diod memunggah ke bawah litar sebanyak yang diperlukan untuk mengekalkan voltan yang stabil di terminal beban.

Perlu diingatkan bahawa jawapan yang dihitung yang ditunjukkan di sini tidak sepadan dengan litar diod zener yang sebenar, kerana fakta bahawa zener diodes cenderung secara beransur-ansur meresap semasa semasa voltan yang digunakan mendekati penarafan voltan zener daripada sekarang menjatuhkan tajam ke sifar sebagai model yang lebih mudah akan meramalkan.

Soalan susulan sangat penting. Semua litar pengawal diod zener mempunyai nilai rintangan muatan minimum yang mesti dipatuhi, supaya voltan keluaran terkeluar di bawah titik peraturan. Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana tingkah laku "pemuatan" diener zener menerangkan keperluan untuk nilai rintangan muatan minimum tertentu.

Soalan 11

Hitung arus melalui diod zener untuk nilai rintangan beban yang diberikan dalam litar ini:

R beban = 2 kΩ; Saya zener =
R beban = 3 kΩ; Saya zener =
R beban = 4 kΩ; Saya zener =
R beban = 5 kΩ; Saya zener =
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

R beban = 2 kΩ; Saya zener = 1.705 mA
R beban = 3 kΩ; Saya zener = 3.788 mA
R beban = 4 kΩ; Saya zener = 4.830 mA
R beban = 5 kΩ; Saya zener = 5.455 mA

Persoalan susulan: apakah nilai rintangan beban yang akan menyebabkan arus sifar melalui diod zener (sementara masih mengekalkan voltan keluaran 5.1 volt) "nota tersembunyi"> Nota:

Latihan ini dalam pengiraan semasa sepatutnya untuk mendapatkan pelajar untuk merealisasikan hubungan songsang antara arus beban dan arus zener: bahawa diod zener mengawal voltan dengan bertindak sebagai beban parasit dari pelbagai bahagian. Secara ringkasnya, diod memunggah ke bawah litar sebanyak yang diperlukan untuk mengekalkan voltan yang stabil di terminal beban.

Perlu diingatkan bahawa jawapan yang dihitung yang ditunjukkan di sini tidak sepadan dengan litar diod zener yang sebenar, kerana fakta bahawa zener diodes cenderung secara beransur-ansur meresap semasa semasa voltan yang digunakan mendekati penarafan voltan zener daripada sekarang menjatuhkan tajam ke sifar sebagai model yang lebih mudah akan meramalkan.

Soalan susulan sangat penting. Semua litar pengawal diod zener mempunyai nilai rintangan muatan minimum yang mesti dipatuhi, supaya voltan keluaran terkeluar di bawah titik peraturan. Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana tingkah laku "pemuatan" diener zener menerangkan keperluan untuk nilai rintangan muatan minimum tertentu.

Soalan 12

Kirakan kuasa yang hilang oleh 5-volt zer diode untuk nilai berikut semasa motor (anggap voltan bateri tetap malar pada 12 volt):

Saya motor = 20 mA; P zener =
Saya motor = 50 mA; P zener =
Saya motor = 90 mA; P zener =
Saya motor = 120 mA; P zener =
Saya motor = 150 mA; P zener =
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

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

Soalan susulan: voltan beban dikekalkan pada 5 voltan malar di sepanjang arus beban ini (dari 20 mA hingga 150 mA) "nota tersembunyi"> Nota:

Soalan susulan adalah sangat penting di sini, kerana pelajar perlu menyedari batasan pengawal selia voltan berasaskan zener. Paling penting, mereka dapat mengira had semasa pengatur voltan berasaskan zener - titik di mana ia berhenti mengawal selia?

Perlu diingatkan bahawa jawapan yang dihitung yang ditunjukkan di sini tidak sepadan dengan litar diod zener yang sebenar, kerana fakta bahawa zener diodes cenderung secara beransur-ansur meresap semasa semasa voltan yang digunakan mendekati penarafan voltan zener daripada sekarang menjatuhkan tajam ke sifar sebagai model yang lebih mudah akan meramalkan.

Soalan 13

Hitung arus melalui diod zener untuk nilai voltan input (sumber) yang diberikan dalam litar ini:

V sumber = 25 V; Saya zener =
V sumber = 20 V; Saya zener =
V sumber = 15 V; Saya zener =
V sumber = 10 V; Saya zener =
V sumber = 5 V; Saya zener =

Adakah anda melihat apa-apa hubungan antara voltan sumber dan arus zener semasa "# 13"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Apabila voltan sumber berkurangan, aliran diod zener juga berkurangan:

V sumber = 25 V; Saya zener = 41.49 mA
V sumber = 20 V; Saya zener = 30.85 mA
V sumber = 15 V; Saya zener = 20.21 mA
V sumber = 10 V; Saya zener = 9.58 mA
V sumber = 5 V; Saya zener = 0 mA

Persoalan susulan: apakah nilai input voltan sumber akan menyebabkan sifar semasa melalui zener diode (sementara masih mengekalkan voltan keluaran 5.1 volt)?

Nota:

Latihan ini dalam pengiraan semasa sepatutnya untuk mendapatkan pelajar untuk merealisasikan hubungan songsang antara voltan masukan dan arus zener: bahawa diod zener mengawal voltan dengan bertindak sebagai beban parasit dari pelbagai bahagian. Secara ringkasnya, diod memunggah ke bawah litar sebanyak yang diperlukan untuk mengekalkan voltan yang stabil di terminal beban.

Perlu diingatkan bahawa jawapan yang dihitung yang ditunjukkan di sini tidak sepadan dengan litar diod zener yang sebenar, kerana fakta bahawa zener diodes cenderung secara beransur-ansur meresap semasa semasa voltan yang digunakan mendekati penarafan voltan zener daripada sekarang menjatuhkan tajam ke sifar sebagai model yang lebih mudah akan meramalkan.

Soalan susulan sangat penting. Semua litar pengawal diod zener mempunyai nilai minimum voltan masukan yang mesti dipatuhi, supaya voltan keluaran mengalir di bawah titik peraturan. Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana tingkah laku "pemuatan" diener zener menerangkan keperluan untuk voltan sumber minimum tertentu.

Soalan 14

Secara kualitatif, menentukan apa yang akan berlaku pada arus perintang siri dan arus zener semasa dalam litar pengatur voltan ini jika arus beban tiba-tiba berkurangan . Anggapkan bahawa tingkah laku dioda zener adalah ideal; iaitu penurunan voltannya tetap berterusan sepanjang rangkaian operasi.

I R siri = ( tambah, berkurang, atau tidak berubah "# 14"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sekiranya arus beban berkurangan, saya zener akan meningkat dan siri I R akan kekal tidak berubah.

Soalan cabaran: apa yang anda fikir akan berlaku dengan diod zener sebenar, di mana kejatuhan voltannya sedikit berubah dengan perubahan semasa?

Nota:

Pemahaman konseptual tentang litar pengatur diod zener adalah penting, mungkin lebih penting daripada pemahaman kuantitatif. Pelajar anda perlu memahami apa yang berlaku kepada pembolehubah yang berlainan dalam litar sedemikian apabila parameter lain berubah, untuk memahami bagaimana litar ini secara dinamik akan bertindak balas terhadap perubahan beban atau keadaan sumber.

Soalan 15

Kualitatif menentukan apa yang akan berlaku pada arus beban dan arus zener semasa dalam litar pengatur voltan ini jika voltan sumber tiba-tiba meningkat . Anggapkan bahawa tingkah laku dioda zener adalah ideal; iaitu penurunan voltannya tetap berterusan sepanjang rangkaian operasi.

Saya beban = ( tambah, berkurang, atau tidak berubah "# 15"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Jika voltan sumber meningkat, zener saya akan meningkat dan beban saya akan tetap tidak berubah.

Soalan cabaran: apa yang anda fikir akan berlaku dengan diod zener sebenar, di mana kejatuhan voltannya sedikit berubah dengan perubahan semasa?

Nota:

Pemahaman konseptual tentang litar pengatur diod zener adalah penting, mungkin lebih penting daripada pemahaman kuantitatif. Pelajar anda perlu memahami apa yang berlaku kepada pembolehubah yang berlainan dalam litar sedemikian apabila parameter lain berubah, untuk memahami bagaimana litar ini secara dinamik akan bertindak balas terhadap perubahan beban atau keadaan sumber.

Soalan 16

Dioda Zener adalah alat mudah dan berguna untuk membina litar pengawal selia voltan, tetapi adalah masa-masa apabila anda mungkin perlu membuat persediaan tanpa adanya diod zener yang betul. Terangkan bagaimana diod normal boleh digunakan sebagai pengganti mentah untuk diod zener dalam litar berikut:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Saya sebenarnya telah melakukan ini sebelum ini dalam litar buatan rumah. Peraturan tegangan tidak begitu baik (terutama ketergantungan suhu), tetapi itu lebih baik daripada tidak ada peraturan sama sekali!

Soalan 17

Katakan anda perlu membina litar pengatur voltan mudah dengan titik peraturan sebanyak 4.5 volt, tetapi tidak mempunyai dioda zener untuk berfungsi. Bolehkah anda memikirkan cara diod normal boleh digunakan untuk tujuan itu bukan "# 17"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

(Bilangan diod bersambung siri yang diperlukan bergantung kepada penurunan voltan hadapan sebenar bagi setiap diod di bawah keadaan beban.)

Nota:

Sesetengah pelajar mungkin mencadangkan untuk menggunakan diod biasa ke belakang, mengeksploitasi fenomena pecahan terbalik yang sama kepada semua persimpangan PN. Sama ada cadangan ini dibuat atau tidak, tanya pelajar anda mengapa ia tidak menjadi penyelesaian praktikal dalam kes ini.

Soalan 18

Di mana nilai rintangan beban akan litar pengatur voltan ini mula kehilangan keupayaannya untuk mengawal voltan "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01066x01.png">

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Tidak akan ada peraturan voltan beban untuk sebarang nilai rintangan beban kurang daripada 15 kΩ.

Soalan susulan: kirakan kuasa yang hilang oleh semua komponen dalam litar ini, jika beban R = 30 kΩ.

Soalan cabaran: menulis penyelesaian persamaan bagi rintangan beban minimum yang diperlukan untuk mengekalkan peraturan voltan.

Nota:

Bagi pelajar yang bergelut dengan "lebih besar daripada" / "kurang daripada" isu, cadangkan kepada mereka bahawa mereka membayangkan rintangan beban dengan mengambil nilai yang melampau: pertama 0 ohm, dan kemudian tak terhingga ohm. Selepas mereka melakukan ini, mintalah mereka menentukan di mana syarat-syarat yang melampau adalah peraturan voltan beban yang masih dikekalkan.

Melakukan "percubaan berfikir" dengan nilai komponen yang melampau adalah teknik pemecahan masalah yang sangat berkesan untuk banyak aplikasi, dan adalah salah satu yang perlu anda tegaskan kepada pelajar anda.

Perlu diingatkan bahawa jawapan yang dihitung yang ditunjukkan di sini tidak sepadan dengan litar diod zener yang sebenar, kerana fakta bahawa zener diodes cenderung secara beransur-ansur meresap semasa semasa voltan yang digunakan mendekati penarafan voltan zener daripada semasa menjatuhkan tajam ke sifar sebagai model yang lebih mudah akan meramalkan.

Soalan 19

Sebelum kemunculan diodes zener, tiub dan mentol pelepasan gas biasanya digunakan sebagai peranti pengawal voltan.

Terangkan bagaimana peranti tersebut mengawal voltan, dan mengulas mengenai sama ada peranti jenis ini masih praktikal dalam reka bentuk litar moden.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Alat pelepasan gas, seperti dioda zener, mengeksploitasi bahagian menegak yang mendadak fungsi pemindahan arus / voltan mereka untuk mengawal voltan ke atas pelbagai arus:

Nota:

Fungsi pemindahan lampu pelepasan gas mungkin mengelirukan untuk menganalisis pada mulanya, tetapi masuk akal apabila pelajar mengingat prinsip pengionan gas dengan voltan yang semakin meningkat. Mintalah mereka untuk menjelaskan apakah kepentingan setiap bahagian menegak graf adalah, dalam konteks peraturan voltan.

Soalan 20

Pengawal selia rujukan voltan ketepatan sering dibina daripada dua dioda zener yang disambungkan dalam siri seperti ini:

Terangkan mengapa dua diod zener memberikan kestabilan yang lebih besar daripada diod zener tunggal, dan juga menarik litar yang menunjukkan sumber voltan, jadi komponen ini berfungsi sebagai rujukan voltan lengkap.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dua diod zener memberikan kestabilan yang lebih baik daripada diod zener tunggal kerana pekali termal diod dalam mod masing-masing adalah pelengkap. Ini mengandaikan, tentu saja bahawa diod yang terbalik dipergunakan menggunakan kesan saliran untuk mengawal voltan.

Litar pengatur voltan berfungsi mungkin seperti ini:

Nota:

Sesetengah pelajar mungkin keliru dengan perkataan "pelengkap" seperti yang digunakan dalam jawapannya. Mintalah semua pelajar anda untuk menerangkan maksud perkataan ini, dalam konteks dua pekali suhu dan peningkatan kestabilan.

Soalan 21

Adalah mungkin untuk membeli IC zener yang stabil (litar bersepadu). Terangkan apakah ini, dan apa yang berguna untuknya.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Zeners yang menstabilkan oven digunakan untuk rujukan voltan ketepatan. Saya akan memberitahu anda bagaimana ia dibina dan bagaimana ia berfungsi.

Nota:

Cabar pelajar anda untuk menunjukkan lembaran kerja untuk salah satu peranti ini!

Soalan 22


∫f (x) dx Kalkulus isyarat!


Bagaimana parameter impedansi zener ditakrifkan untuk diod zener "# 22"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Z zener = (( diod ΔE) / (ΔI diode )) atau z zener = (( diod E) / (d saya diod ))

("D" ialah simbol kalkulus, mewakili perubahan magnitud yang kecil.)

Sebaik-baiknya, diod zener akan mempunyai impedans zener daripada ohm sifar.

Nota:

Tanya pelajar anda untuk mengaitkan impedans zener diod ke cerun lengkung cirinya.

Soalan 23

Cari satu atau dua diod zener yang sebenar dan bawa mereka bersama anda ke kelas untuk perbincangan. Kenal pasti seberapa banyak maklumat yang anda boleh tentang diod anda sebelum perbincangan:

Polariti (terminal yang katod dan yang anod)
Drop voltan hadapan
Kedudukan semasa berterusan
Suruh penarafan semasa
Penilaian kuasa berterusan
Kedudukan voltan Zener
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sekiranya boleh, dapatkan lembar pengeluar untuk komponen anda (atau sekurang-kurangnya lembar kerja untuk komponen yang sama) untuk berbincang dengan rakan sekelas anda. Bersedia untuk membuktikan penurunan voltan hadapan dioda anda di dalam kelas, dengan menggunakan multimeter!

Nota:

Tujuan dari soalan ini adalah untuk mendapatkan pelajar kinesthetically berinteraksi dengan perkara tersebut. Ia mungkin kelihatan bodoh untuk membolehkan pelajar terlibat dalam "menunjukkan dan memberitahu" senaman, tetapi saya dapati bahawa aktiviti-aktiviti seperti ini sangat membantu sesetengah pelajar. Bagi pelajar yang bersifat kinestetik, ia sangat membantu untuk menyentuh komponen sebenar semasa mereka belajar tentang fungsi mereka. Sudah tentu, soalan ini juga memberi peluang yang baik untuk mereka mempraktikkan penanda komponen mentafsir, menggunakan multimeter, datasheets akses, dan sebagainya.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →