ઝેનર ડાયોડ કેવી રીતે કામ કરે છે

ઝેનર ડાયોડ અથવા ઝેનર ડાયોડ (સેમિકન્ડક્ટર ઝેનર ડાયોડ) એ એક ખાસ ડાયોડ છે જે pn જંકશનની રિવર્સ બાયસ શરતો હેઠળ સ્થિર બ્રેકડાઉન મોડમાં કાર્ય કરે છે. જ્યાં સુધી આ ભંગાણ ન થાય ત્યાં સુધી, બંધ ઝેનર ડાયોડના ઉચ્ચ પ્રતિકારને કારણે ઝેનર ડાયોડ, લિકેજ પ્રવાહમાંથી માત્ર ખૂબ જ નાનો પ્રવાહ વહે છે.

પરંતુ જ્યારે કોઈ ખામી થાય છે, ત્યારે વર્તમાન તરત જ વધે છે કારણ કે ઝેનરનો વિભેદક પ્રતિકાર આ બિંદુએ અપૂર્ણાંકથી સેંકડો ઓહ્મ સુધી હોય છે. આ રીતે, ઝેનર ડાયોડ પરનો વોલ્ટેજ વિપરીત પ્રવાહોની પ્રમાણમાં વિશાળ શ્રેણી પર ખૂબ જ ચોક્કસ રીતે જાળવવામાં આવે છે.

અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી ક્લેરેન્સ મેલ્વિન ઝેનર (1905 - 1993) પ્રથમ વખત ટનલ ભંગાણની ઘટના શોધનાર વૈજ્ઞાનિકના માનમાં ઝેનર ડાયોડને ઝેનર ડાયોડ (અંગ્રેજી ઝેનર ડાયોડમાંથી) કહેવામાં આવે છે.

પીએન જંકશનનું વિદ્યુત ભંગાણ, ઝેનર દ્વારા શોધાયેલ, ટનલિંગ અસરથી સંબંધિત, પાતળા સંભવિત અવરોધ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન લિકેજની ઘટના, જેને હવે ઝેનર અસર કહેવામાં આવે છે, જે આજે સેમિકન્ડક્ટર ઝેનર ડાયોડ્સમાં સેવા આપે છે.

અસરનું ભૌતિક ચિત્ર નીચે મુજબ છે.p-n જંકશનના રિવર્સ બાયસમાં, એનર્જી બેન્ડ ઓવરલેપ થાય છે અને ઇલેક્ટ્રોન p-રિજનના વેલેન્સ બેન્ડમાંથી n-રિજનના વહન બેન્ડ તરફ આગળ વધી શકે છે. ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર, આ ફ્રી ચાર્જ કેરિયર્સની સંખ્યામાં વધારો કરે છે, અને રિવર્સ કરંટ ઝડપથી વધે છે.

આમ, ઝેનર ડાયોડનો મુખ્ય હેતુ વોલ્ટેજને સ્થિર કરવાનો છે. ઉદ્યોગ 1.8 V થી 400 V સુધીના સ્ટેબિલાઇઝેશન વોલ્ટેજ સાથે સેમિકન્ડક્ટર ઝેનર ડાયોડ્સનું ઉત્પાદન કરે છે, ઉચ્ચ, મધ્યમ અને નીચી શક્તિ, જે મહત્તમ સ્વીકાર્ય વિપરીત પ્રવાહમાં અલગ પડે છે.

આ આધારે સરળ વોલ્ટેજ સ્ટેબિલાઇઝર્સ બનાવવામાં આવે છે. આકૃતિઓમાં, ઝેનર ડાયોડ્સ ડાયોડ પ્રતીક જેવા પ્રતીક દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે, માત્ર એટલો જ તફાવત છે કે ઝેનર ડાયોડ્સના કેથોડને "G" અક્ષરના રૂપમાં દર્શાવવામાં આવે છે.

લગભગ 7 V ના સ્થિરીકરણ વોલ્ટેજ સાથે સુપ્ત સંકલિત માળખું ધરાવતા ઝેનર ડાયોડ્સ સૌથી સચોટ અને સ્થિર સોલિડ-સ્ટેટ વોલ્ટેજ સંદર્ભ સ્ત્રોત છે: તેમના શ્રેષ્ઠ ઉદાહરણો લાક્ષણિક રીતે સામાન્ય વેસ્ટન ગેલ્વેનિક સેલ (પારા કેડમિયમ સંદર્ભ ગેલ્વેનિક સેલ) ની નજીક છે.

હાઈ-વોલ્ટેજ હિમપ્રપાત ડાયોડ્સ ("TVS-ડાયોડ્સ" અને "સપ્રેસર્સ"), જે તમામ પ્રકારના સાધનોના સર્જ પ્રોટેક્શન સર્કિટમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે, તે ખાસ પ્રકારના ઝેનર ડાયોડથી સંબંધિત છે.

જેમ તમે જોઈ શકો છો, ઝેનર ડાયોડ, પરંપરાગત ડાયોડથી વિપરીત, I — V લાક્ષણિકતાની વિપરીત શાખા પર કામ કરે છે. સામાન્ય ડાયોડમાં, જો તેના પર રિવર્સ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે, તો નિષ્ફળતા ત્રણમાંથી એક રીતે થઈ શકે છે (અથવા એક જ સમયે): ટનલ ભંગાણ, હિમપ્રપાત ભંગાણ અને લિકેજ પ્રવાહોમાંથી થર્મલ હીટિંગને કારણે ભંગાણ.

સિલિકોન ઝેનર ડાયોડ્સનું થર્મલ બ્રેકડાઉન મહત્વનું નથી કારણ કે તે એવી રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે કે કાં તો ટનલ બ્રેકડાઉન, હિમપ્રપાત બ્રેકડાઉન અથવા બંને પ્રકારના બ્રેકડાઉન થર્મલ બ્રેકડાઉનના વલણના લાંબા સમય પહેલા એકસાથે થાય છે. શ્રેણીના ઝેનર ડાયોડ્સ હાલમાં મોટાભાગે સિલિકોનથી બનેલા છે.

5 V ની નીચેના વોલ્ટેજ પર ભંગાણ એ ઝેનર અસરનું અભિવ્યક્તિ છે, 5 V થી ઉપરનું વિરામ એ હિમપ્રપાતના વિરામનું અભિવ્યક્તિ છે. લગભગ 5 V નો મધ્યવર્તી બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ સામાન્ય રીતે આ બે અસરોના સંયોજનથી પરિણમે છે. ઝેનર ડાયોડના ભંગાણની ક્ષણે ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ લગભગ 30 MV/m છે.

ઝેનર ડાયોડ બ્રેકડાઉન સાધારણ ડોપ્ડ પી-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર્સ અને હેવીલી ડોપ્ડ એન-ટાઈપ સેમિકન્ડક્ટર્સમાં થાય છે. જેમ જેમ જંકશન તાપમાન વધે છે તેમ, ઝેનર ડાયોડ સ્ટ્રિપિંગ ઘટે છે અને હિમપ્રપાત ભંગાણ ફાળો વધે છે.

ઝેનર ડાયોડમાં નીચેની લાક્ષણિક લાક્ષણિકતાઓ છે. Vz - સ્થિરીકરણ વોલ્ટેજ. દસ્તાવેજીકરણ આ પરિમાણ માટે બે મૂલ્યોનો ઉલ્લેખ કરે છે: મહત્તમ અને લઘુત્તમ સ્થિરીકરણ વોલ્ટેજ. Iz એ ન્યૂનતમ સ્થિરીકરણ વર્તમાન છે. Zz એ ઝેનર ડાયોડનો પ્રતિકાર છે. Izk અને Zzk — પ્રત્યક્ષ પ્રવાહ પર વર્તમાન અને ગતિશીલ પ્રતિકાર. Ir અને Vr એ આપેલ તાપમાન પર મહત્તમ લિકેજ વર્તમાન અને વોલ્ટેજ છે. Tc એ તાપમાન ગુણાંક છે. Izrm - ઝેનર ડાયોડનો મહત્તમ સ્થિરીકરણ વર્તમાન.

ઝેનર ડાયોડ્સનો વ્યાપકપણે સ્વતંત્ર સ્ટેબિલાઈઝિંગ એલિમેન્ટ્સ તરીકે તેમજ ટ્રાન્ઝિસ્ટર સ્ટેબિલાઈઝર્સમાં સંદર્ભ વોલ્ટેજ (સંદર્ભ વોલ્ટેજ)ના સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગ થાય છે.

નાના સંદર્ભ વોલ્ટેજ મેળવવા માટે, ઝેનર ડાયોડને પણ સામાન્ય ડાયોડની જેમ આગળની દિશામાં સ્વિચ કરવામાં આવે છે, પછી એક ઝેનર ડાયોડનું સ્ટેબિલાઈઝેશન વોલ્ટેજ 0.7 - 0.8 વોલ્ટ હશે.

ઝેનર ડાયોડના શરીર દ્વારા વિખરાયેલી મહત્તમ શક્તિ સામાન્ય રીતે 0.125 થી 1 વોટની રેન્જમાં હોય છે. આ, એક નિયમ તરીકે, આવેગ અવાજ સામે રક્ષણાત્મક સર્કિટના સામાન્ય સંચાલન માટે અને લો-પાવર સ્ટેબિલાઇઝર્સના નિર્માણ માટે પૂરતું છે.