Diody Zenera

Diody Zenera [RS Elektronika]#90 (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Diody Zenera

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zanotuj wszystkie wartości składowe przed budową obwodu, wybierając wartości rezystorów wystarczająco wysokie, aby uszkodzić jakiekolwiek aktywne komponenty, które są mało prawdopodobne.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie przeanalizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia i prądu.
  6. Dokładnie zmierz wszystkie napięcia i prądy, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Kiedy uczniowie najpierw zapoznają się z urządzeniami półprzewodnikowymi i najprawdopodobniej ich uszkodzą poprzez niewłaściwe połączenia w swoich obwodach, polecam eksperymentować z dużymi komponentami o dużej mocy (diody prostownicze 1N4001, tranzystory mocy TO-220 lub TO-3) itp.), a zamiast tego korzysta się z zasilanych bateriami suchych ogniw. Zmniejsza to prawdopodobieństwo uszkodzenia podzespołów.

Jak zwykle, unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystorów, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" licznika (na wyższym końcu) i uniknąć wypalenia tranzystora (na niskim końcu). Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ.

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Pokazano tu charakterystykę diody:


Określ, który obszar tej krzywej reprezentuje normalną operację przesunięcia w przód i która reprezentuje operację odwrotnego obciążenia. Wyjaśnij także znaczenie prawie pionowej części krzywej w lewym dolnym kwadrancie wykresu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź


Pytanie dotyczące wyzwania: sprawdź, gdzie na tym wykresie można znaleźć prąd nasycenia wstecznego diody.


Uwagi:

Poproś uczniów o zidentyfikowanie regionu krzywej opisanego równaniem diody Shockleya. Wykładnicza forma tego równania naprawdę tylko modeluje jedną określoną część krzywej!

pytanie 3

Jak zachowanie diody Zenera różni się znacząco od diody normalnej (prostowniczej) "# 3"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Diody Zenera pękają przy znacznie niższych napięciach zwrotnych niż diody prostownicze, a ich napięcia przebicia są przewidywalne.


Uwagi:

Zapytaj uczniów, jakie diody Zenera będą prawdopodobnie używane. Dlaczego potrzebowalibyśmy lub chcielibyśmy mieć urządzenie o stabilnym napięciu?

Pytanie 4

Nie wszystkie diody "Zenera" rozkładają się dokładnie w ten sam sposób. Niektóre działają na zasadzie rozpadu zenera, podczas gdy inne działają na zasadzie załamania lawinowego . W jaki sposób porównują się współczynniki temperaturowe obu tych diod Zenera i jak można rozpoznać, czy dioda Zenera wykorzystuje jedną lub drugą zasadę tylko na podstawie wartości znamionowej napięcia przebicia?

Odpowiednio, czy istnieje sposób, w jaki moglibyśmy określić rodzaj działania awaryjnego z pomiarów eksperymentalnych na diodzie Zenera? Wyjaśnij, jak można skonfigurować taki eksperyment.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Diody Zenera niskiego napięcia mają ujemne współczynniki temperaturowe, ponieważ wykorzystują efekt Zenera . Diody Zenera o wysokim napięciu mają dodatnie współczynniki temperaturowe, ponieważ wykorzystują efekt lawiny . Pozwolę ci zbadać, jak odróżnić diody Zenera, wykorzystujące każde zjawisko na własną rękę!

Pytanie dotyczące wyzwania: wyjaśnij różnicę pomiędzy efektami "zenera" i "lawina" pod względem działania operatora ładunku.


Uwagi:

Regularne diody "prostownicze" mają również współczynniki temperaturowe. Poproś uczniów, aby ocenili, czy współczynnik temperatury dla diody prostowniczej jest zazwyczaj dodatni lub ujemny i co to właściwie oznacza. Bardzo łatwo jest to sprawdzić eksperymentalnie, więc możesz poprosić uczniów, aby zademonstrowali, jak wyznaczyć znak współczynnika temperatury prostującej diody jako wstęp do przeglądu eksperymentalnej części pierwotnego pytania.

Poproś uczniów, aby zidentyfikowali typowe wartości napięcia związane z obydwoma rodzajami skutków awarii. To szybko ujawni, którzy uczniowie zrobili swoje badania na to pytanie, w przeciwieństwie do tych, którzy tylko czytają odpowiedź tutaj podaną!

Pytanie 5

Wyjaśnij, w jaki sposób charakterystyka 24-woltowej diody Zenera (wykreślona przez znacznik krzywej) różni się od tej z normalnej diody prostowniczej, pokazanej tutaj:


Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź



Uwagi:

Celem tego pytania jest spowodowanie, aby uczniowie zastanowili się, co oznacza charakterystyczna krzywa, w kontekście porównania diod. Napięcie przebicia diody Zenera jest zwykle tak niskie w porównaniu z normalną diodą prostowniczą, że ten obszar może być łatwo pokazany na ekranie wskaźnika krzywej.

Pytanie 6

Załóżmy, że miałeś nudne zadanie ręcznego utrzymywania napięcia wyjściowego stałej generatora prądu stałego. Twoja jedyna kontrola nad napięciem to ustawienie reostatu:


Co musiałbyś zrobić, aby utrzymać stałą napięcia obciążenia, jeśli zmieni się rezystancja obciążenia, aby pobierać prąd "# 6"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Aby zwiększyć napięcie obciążenia, należy zmniejszyć rezystancję opornika. Aby ten schemat działał, napięcie generatora musi być większe niż docelowe napięcie obciążenia.

Uwaga: ten ogólny schemat sterowania napięciem jest znany jako regulacja szeregowa, w której rezystancja szeregowa jest zmieniana, aby sterować napięciem do obciążenia.


Uwagi:

Kierunek regulacji reostej powinien być oczywisty, podobnie jak fakt, że napięcie generatora musi być co najmniej tak wysokie, jak zamierzone (docelowe) napięcie obciążenia. Jednak dla wszystkich może nie być oczywiste, że napięcie generatora nie może być równe wymaganemu napięciu obciążenia.

Aby to zilustrować, zapytaj uczniów, jak system będzie działał, jeśli napięcie wyjściowe generatora było dokładnie równe planowanemu obciążeniu. Podkreśl fakt, że generator nie jest doskonały: ma swój wewnętrzny opór, którego wartość nie może być zmieniona przez ciebie. Jaką pozycję powinien mieć reostat w tych warunkach, aby utrzymać docelowe napięcie przy obciążeniu? Czy w ogóle można utrzymać docelowe napięcie?

Pytanie 7

Załóżmy, że miałeś nudne zadanie ręcznego utrzymywania napięcia wyjściowego stałej generatora prądu stałego. Twoja jedyna kontrola nad napięciem to ustawienie reostatu:


Co musiałbyś zrobić, aby utrzymać stałą napięcia obciążenia, jeśli zmieni się rezystancja obciążenia, aby pobierać prąd "# 7"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Aby zwiększyć napięcie obciążenia, należy zwiększyć rezystancję opornika. Aby ten schemat działał, napięcie generatora musi być większe niż docelowe napięcie obciążenia.

Uwaga: ten ogólny schemat sterowania napięciem jest znany jako regulacja bocznikowania, gdzie rezystancja równoległa (bocznikowa) jest zmieniana, aby sterować napięciem do obciążenia.

Pytanie uzupełniające: zakładając, że napięcie obciążenia jest utrzymywane na stałym poziomie przez inteligentnego operatora rektora pomimo wahań prądu obciążenia, jak scharakteryzowałbyś prąd przez uzwojenia generatora? Czy wzrasta wraz z prądem obciążenia, spada z prądem obciążenia, czy pozostaje taki sam? Czemu?


Uwagi:

Kierunek regulacji reostej powinien być oczywisty, podobnie jak fakt, że napięcie generatora musi być co najmniej tak wysokie, jak zamierzone (docelowe) napięcie obciążenia. Jednak dla wszystkich może nie być oczywiste, że napięcie generatora nie może być równe wymaganemu napięciu obciążenia.

Aby to zilustrować, zapytaj uczniów, jak system będzie działał, jeśli napięcie wyjściowe generatora było dokładnie równe planowanemu obciążeniu. Podkreśl fakt, że generator nie jest doskonały: ma swój wewnętrzny opór, którego wartość nie może być zmieniona przez ciebie. Jaką pozycję powinien mieć reostat w tych warunkach, aby utrzymać docelowe napięcie przy obciążeniu? Czy w ogóle można utrzymać docelowe napięcie?

Pomocną analogią dla studentów jest samochód z automatyczną skrzynią biegów, którego prędkość jest regulowana za pomocą pedału hamulca, a pedał przyspieszenia jest utrzymywany w stałej pozycji. To nie jest najbardziej energooszczędna metoda kontroli prędkości, ale będzie działać w pewnych granicach!

Pytanie 8

Opisz, w jaki sposób dioda Zenera jest w stanie utrzymać regulowane (prawie stałe) napięcie w całym obciążeniu, pomimo zmian prądu obciążenia:


Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zener pobiera mniej lub więcej prądu w razie potrzeby z generatora (poprzez rezystor szeregowy), aby utrzymać napięcie na prawie stałej wartości.

Pytanie kontrolne nr 1: jeśli generator generuje jakieś napięcie tętnienia (jak to robią wszystkie elektromechaniczne generatory prądu stałego), czy jakiekolwiek napięcie tętnienia pojawi się przy obciążeniu, po przejściu przez obwód regulatora napięcia diody Zenera "uwagi ukryte"> Uwagi:

Poproś uczniów, aby opisali, jak efektywne energetycznie uważają ten obwód. Czy podejrzewają, że byłoby to bardziej odpowiednie dla aplikacji o niskim poborze prądu lub aplikacji wysokoprądowych?

Pytanie 9

Oblicz prąd przez diodę Zenera dla zadanych wartości rezystancji obciążenia w tym obwodzie:


Obciążenie R = 1 kΩ; I zener =
Obciążenie R = 910 Ω; I zener =
Obciążenie R = 680 Ω; I zener =
Obciążenie R = 470 Ω; I zener =
Obciążenie R = 330 Ω; I zener =

Czy widzisz jakąkolwiek zależność między prądem obciążenia i diodą Zenera prąd "# 9"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Wraz ze wzrostem prądu obciążenia (przy mniejszej rezystancji obciążenia) prąd diody Zenera zmniejsza się:

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

Pytanie uzupełniające: jaka wartość rezystancji obciążenia spowoduje zerowy prąd przez diodę Zenera (przy zachowaniu napięcia wyjściowego 5, 1 V)?


Uwagi:

To ćwiczenie w obecnych obliczeniach ma na celu uświadomienie uczniom odwrotnej relacji między prądem obciążenia i prądem Zenera: że dioda Zenera reguluje napięcie, działając jako obciążenie pasożytnicze o różnej proporcji. Mówiąc najprościej, dioda ładuje obwód tak długo, jak potrzeba, aby utrzymać stabilne napięcie na zaciskach obciążenia.

Należy zauważyć, że wyliczone tutaj odpowiedzi nie będą dokładnie pasować do rzeczywistego obwodu diody Zenera, ponieważ diody Zenera mają skłonność do stopniowego zmniejszania się prądu, ponieważ przyłożone napięcie zbliża się do wartości napięcia znamionowego Zenera, a nie prądu gwałtownie spadającego do zera. jak przewidywałby prostszy model.

Kolejne pytanie jest bardzo ważne. Wszystkie obwody regulatora diod Zenera mają minimalną wartość rezystancji obciążenia, której należy przestrzegać, aby napięcie wyjściowe nie spadło poniżej punktu regulacji. Porozmawiaj ze swoimi uczniami, jak zachowanie "ładowania" diody Zenera wyjaśnia potrzebę określonej minimalnej wartości rezystancji obciążenia.

Pytanie 10

Oblicz prąd przez diodę Zenera dla zadanych wartości rezystancji obciążenia w tym obwodzie:


Obciążenie R = 1, 5 kΩ; I zener =
Obciążenie R = 1 kΩ; I zener =
Obciążenie R = 910 Ω; I zener =
Obciążenie R = 780 Ω; I zener =
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

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

Pytanie uzupełniające: jaka wartość rezystancji obciążenia spowoduje zerowy prąd przez diodę Zenera (przy jednoczesnym zachowaniu napięcia wyjściowego 7, 9 woltów) "uwagi ukryte"> Uwagi:

To ćwiczenie w obecnych obliczeniach ma na celu uświadomienie uczniom odwrotnej relacji między prądem obciążenia i prądem Zenera: że dioda Zenera reguluje napięcie, działając jako obciążenie pasożytnicze o różnej proporcji. Mówiąc najprościej, dioda ładuje obwód tak długo, jak potrzeba, aby utrzymać stabilne napięcie na zaciskach obciążenia.

Należy zauważyć, że wyliczone tutaj odpowiedzi nie będą dokładnie pasować do rzeczywistego obwodu diody Zenera, ponieważ diody Zenera mają skłonność do stopniowego zmniejszania się prądu, ponieważ przyłożone napięcie zbliża się do wartości napięcia znamionowego Zenera, a nie prądu gwałtownie spadającego do zera. jak przewidywałby prostszy model.

Kolejne pytanie jest bardzo ważne. Wszystkie obwody regulatora diod Zenera mają minimalną wartość rezystancji obciążenia, której należy przestrzegać, aby napięcie wyjściowe nie spadło poniżej punktu regulacji. Porozmawiaj ze swoimi uczniami, jak zachowanie "ładowania" diody Zenera wyjaśnia potrzebę określonej minimalnej wartości rezystancji obciążenia.

Pytanie 11

Oblicz prąd przez diodę Zenera dla zadanych wartości rezystancji obciążenia w tym obwodzie:


Obciążenie R = 2 kΩ; I zener =
Obciążenie R = 3 kΩ; I zener =
Obciążenie R = 4 kΩ; I zener =
Obciążenie R = 5 kΩ; I zener =
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Obciążenie R = 2 kΩ; I zener = 1, 705 mA
Obciążenie R = 3 kΩ; I zener = 3, 788 mA
Obciążenie R = 4 kΩ; I zener = 4, 830 mA
Obciążenie R = 5 kΩ; I zener = 5, 455 mA

Pytanie uzupełniające: jaka wartość rezystancji obciążenia spowoduje zerowy prąd przez diodę Zenera (przy zachowaniu napięcia wyjściowego 5, 1 V) "Uwagi ukryte"> Uwagi:

To ćwiczenie w obecnych obliczeniach ma na celu uświadomienie uczniom odwrotnej relacji między prądem obciążenia i prądem Zenera: że dioda Zenera reguluje napięcie, działając jako obciążenie pasożytnicze o różnej proporcji. Mówiąc najprościej, dioda ładuje obwód tak długo, jak potrzeba, aby utrzymać stabilne napięcie na zaciskach obciążenia.

Należy zauważyć, że wyliczone tutaj odpowiedzi nie będą dokładnie pasować do rzeczywistego obwodu diody Zenera, ponieważ diody Zenera mają skłonność do stopniowego zmniejszania się prądu, ponieważ przyłożone napięcie zbliża się do wartości napięcia znamionowego Zenera, a nie prądu gwałtownie spadającego do zera. jak przewidywałby prostszy model.

Kolejne pytanie jest bardzo ważne. Wszystkie obwody regulatora diod Zenera mają minimalną wartość rezystancji obciążenia, której należy przestrzegać, aby napięcie wyjściowe nie spadło poniżej punktu regulacji. Porozmawiaj ze swoimi uczniami, jak zachowanie "ładowania" diody Zenera wyjaśnia potrzebę określonej minimalnej wartości rezystancji obciążenia.

Pytanie 12

Oblicz moc rozpraszaną przez 5-woltową diodę Zenera dla następujących wartości prądu silnika (zakładając, że napięcie akumulatora pozostaje stałe przy 12 woltach):


I silnik = 20 mA; P zener =
I silnik = 50 mA; P zener =
I silnik = 90 mA; P zener =
Silnik I = 120 mA; P zener =
I silnik = 150 mA; P zener =
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

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

Pytanie uzupełniające: czy napięcie obciążenia utrzymywane jest na stałym poziomie 5 woltów w całym zakresie prądów obciążenia (od 20 mA do 150 mA) "Uwagi ukryte"> Uwagi:

Kolejne pytanie jest dość ważne, ponieważ studenci muszą zdać sobie sprawę z ograniczeń regulatorów napięcia opartych na Zenera. Co najważniejsze, czy są w stanie obliczyć dokładną granicę prądu regulatora napięcia na bazie Zenera - punkt, w którym przestaje regulować?

Należy zauważyć, że wyliczone tutaj odpowiedzi nie będą dokładnie pasować do rzeczywistego obwodu diody Zenera, ponieważ diody Zenera mają skłonność do stopniowego zmniejszania się prądu, ponieważ przyłożone napięcie zbliża się do wartości napięcia znamionowego Zenera, a nie prądu gwałtownie spadającego do zera. jak przewidywałby prostszy model.

Pytanie 13

Oblicz prąd przez diodę Zenera dla zadanych wartości napięcia wejściowego (źródła) w tym obwodzie:


Źródło V = 25 V; I zener =
Źródło V = 20 V; I zener =
Źródło V = 15 V; I zener =
Źródło V = 10 V; I zener =
Źródło V = 5 V; I zener =

Czy widzisz jakąkolwiek zależność pomiędzy napięciem źródłowym a prądem diody Zenera "# 13"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Wraz ze spadkiem napięcia źródła zmniejsza się również prąd diody Zenera:

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

Pytanie uzupełniające: jaka wartość wejściowego napięcia źródłowego spowoduje zerowy prąd przez diodę Zenera (przy zachowaniu napięcia wyjściowego 5, 1 V)?


Uwagi:

To ćwiczenie w obecnych obliczeniach ma skłonić uczniów do zrozumienia odwrotnej zależności między napięciem wejściowym a prądem Zenera: że dioda Zenera reguluje napięcie, działając jako obciążenie pasożytnicze o różnej proporcji. Mówiąc najprościej, dioda ładuje obwód tak długo, jak potrzeba, aby utrzymać stabilne napięcie na zaciskach obciążenia.

Należy zauważyć, że wyliczone tutaj odpowiedzi nie będą dokładnie pasować do rzeczywistego obwodu diody Zenera, ponieważ diody Zenera mają skłonność do stopniowego zmniejszania się prądu, ponieważ przyłożone napięcie zbliża się do wartości napięcia znamionowego Zenera, a nie prądu gwałtownie spadającego do zera. jak przewidywałby prostszy model.

Kolejne pytanie jest bardzo ważne. Wszystkie obwody regulatora diod Zenera mają minimalną wartość napięcia wejściowego, która musi być przestrzegana, aby napięcie wyjściowe nie spadło poniżej punktu regulacji. Porozmawiaj ze swoimi uczniami, jak zachowanie "ładowania" diody Zenera wyjaśnia potrzebę określonego minimalnego napięcia źródła.

Pytanie 14

Jakościowo określić, co stanie się z prądem rezystora serii i prądem diody Zenera w tym obwodzie regulatora napięcia, jeśli prąd obciążenia nagle spadnie . Załóżmy, że zachowanie diody Zenera jest idealne; tzn. spadek napięcia utrzymuje się absolutnie na stałym poziomie w całym zakresie roboczym.


I R series = ( zwiększenie, zmniejszenie lub niezmienione "# 14"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli prąd obciążenia spadnie, I Zener zwiększy się, a seria I pozostanie niezmieniona.

Pytanie o wyzwanie: jak myślisz, co stanie się z prawdziwą diodą Zenera, gdzie spadek napięcia zmienia się nieznacznie wraz ze zmianami prądu?


Uwagi:

Konceptualne zrozumienie obwodów regulatora diod Zenera jest ważne, może nawet ważniejsze niż zrozumienie ilościowe. Twoi uczniowie będą musieli zrozumieć, co dzieje się z różnymi zmiennymi w takim obwodzie, gdy zmienia się inny parametr, aby zrozumieć, jak te obwody będą dynamicznie reagować na zmieniające się obciążenie lub warunki źródła.

Pytanie 15

Jakościowe określenie, co stanie się z prądem obciążenia i prądem diody Zenera w tym obwodzie regulatora napięcia, jeśli napięcie źródła nagle wzrośnie . Załóżmy, że zachowanie diody Zenera jest idealne; tzn. spadek napięcia utrzymuje się absolutnie na stałym poziomie w całym zakresie roboczym.


Wczytuję = ( zwiększanie, zmniejszanie lub niezmienione "# 15"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli napięcie źródła wzrasta, Zenera wzrośnie, a ładowanie pozostanie niezmienione.

Pytanie o wyzwanie: jak myślisz, co stanie się z prawdziwą diodą Zenera, gdzie spadek napięcia zmienia się nieznacznie wraz ze zmianami prądu?


Uwagi:

Konceptualne zrozumienie obwodów regulatora diod Zenera jest ważne, może nawet ważniejsze niż zrozumienie ilościowe. Twoi uczniowie będą musieli zrozumieć, co dzieje się z różnymi zmiennymi w takim obwodzie, gdy zmienia się inny parametr, aby zrozumieć, jak te obwody będą dynamicznie reagować na zmieniające się obciążenie lub warunki źródła.

Pytanie 16

Diody Zenera są prostymi i przydatnymi urządzeniami do budowania obwodów regulatorów napięcia, ale są to czasy, kiedy trzeba improwizować przy braku odpowiedniej diody Zenera. Wyjaśnij, w jaki sposób zwykłe diody mogą być używane jako surowe substytuty diody Zenera w następującym obwodzie:


Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź



Uwagi:

Robiłem to już wcześniej w domowych układach elektronicznych. Regulacja napięcia nie jest dobra (szczególnie zależność od temperatury), ale jest lepsza niż brak regulacji!

Pytanie 17

Załóżmy, że musisz zbudować prosty obwód regulatora napięcia z punktem regulacji 4, 5 woltów, ale nie miał on diod Zenera do pracy. Czy możesz wymyślić sposób, w jaki można zamiast tego użyć normalnych diod zamiast "# 17"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź


(Liczba wymaganych diod podłączonych szeregowo zależy od faktycznego spadku napięcia na każdej diodzie w obciążonych warunkach).


Uwagi:

Niektórzy uczniowie mogą sugerować używanie diod normalnych w tył, wykorzystując zjawisko rozpadu odwrotnego wspólnego dla wszystkich połączeń PN. Niezależnie od tego, czy ta sugestia została podjęta, zapytaj uczniów, dlaczego nie byłoby to praktyczne rozwiązanie w tym przypadku.

Pytanie 18

Przy jakiej wartości rezystancji obciążenia obwód regulatora napięcia zacznie tracić zdolność do regulowania napięcia "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01066x01.png">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Nie będzie regulacji napięcia obciążenia dla wartości oporności obciążenia mniejszej niż 15 kΩ.

Pytanie uzupełniające: obliczyć moc rozpraszaną przez wszystkie elementy w tym obwodzie, jeśli obciążenie R = 30 kΩ.

Pytanie dotyczące wyzwania: napisać rozwiązanie równania dla minimalnej rezystancji obciążenia wymaganej do utrzymania regulacji napięcia.


Uwagi:

Uczniowie, którzy zmagają się z problemem "większy niż" / "mniej niż", sugerują im, że wyobrażają sobie rezystancję obciążenia przy ekstremalnych wartościach: pierwszych 0 omów, a następnie nieskończonych ohmów. Po wykonaniu tych czynności poproś ich, aby ustalić, w którym z tych ekstremalnych warunków nadal zachowana jest regulacja napięcia obciążenia.

Wykonywanie "eksperymentów myślowych" o ekstremalnych wartościach składowych jest wysoce skuteczną techniką rozwiązywania problemów dla wielu aplikacji i należy często zwracać uwagę na swoich uczniów.

Należy zauważyć, że obliczona odpowiedź tutaj pokazana nie będzie dokładnie pasować do rzeczywistego obwodu diody Zenera, ponieważ diody Zenera mają skłonność do stopniowego zmniejszania się prądu, ponieważ przyłożone napięcie zbliża się do wartości napięcia znamionowego Zenera, a nie prądu gwałtownie spadającego do zera. jak przewidywałby prostszy model.

Pytanie 19

Przed pojawieniem się diod Zenera, rury wyładowcze i żarówki były powszechnie stosowane jako urządzenia do regulacji napięcia.


Wyjaśnij, jak takie urządzenie reguluje napięcie i skomentuj, czy tego typu urządzenie jest nadal praktyczne w nowoczesnym projektowaniu obwodów.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Urządzenia wyładowcze gazu, takie jak diody Zenera, wykorzystują ostro pionowe części swoich funkcji transferu prądu / napięcia do regulowania napięcia w szerokim zakresie prądu:




Uwagi:

Funkcja przenoszenia lampy wyładowczej może początkowo być myląca, ale ma sens, gdy uczniowie przypomną zasadę jonizacji gazu przy wzrastającym napięciu. Poproś ich o wyjaśnienie znaczenia pionowych części każdego wykresu w kontekście regulacji napięcia.

Pytanie 20

Precyzyjne regulatory napięcia odniesienia często składają się z dwóch diod Zenera połączonych szeregowo w następujący sposób:


Wyjaśnij, dlaczego dwie diody Zenera zapewniają większą stabilność niż pojedyncza dioda Zenera, a także narysuj obwód pokazujący źródło napięcia, więc ten komponent działa jako pełne odniesienie napięcia.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dwie diody Zenera zapewniają lepszą stabilność niż pojedyncza dioda Zenera, ponieważ współczynniki termiczne diod w ich odpowiednich trybach są komplementarne. Zakłada to oczywiście, że dioda odwrócona wykorzystuje efekt lawiny do regulacji napięcia.

Funkcjonujący obwód regulatora napięcia może wyglądać tak:



Uwagi:

Niektórzy uczniowie mogą być zdezorientowani słowem "komplementarne", ponieważ jest ono używane w odpowiedzi. Poproś wszystkich uczniów, aby wyjaśnili, co oznacza to słowo, w kontekście dwóch współczynników temperatury i zwiększonej stabilności.

Pytanie 21

Możliwe jest zakupienie stabilizatorów piecowych Zenera (układy scalone). Wyjaśnij, czym one są i do czego są przydatne.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zenery stabilizowane piecami są stosowane do precyzyjnych referencji napięcia. Pozwolę ci zbadać, w jaki sposób są konstruowane i jak działają.


Uwagi:

Rzuć wyzwanie uczniom, aby pokazali arkusz danych dla jednego z tych urządzeń!

Pytanie 22


∫f (x) dx Calculus alert!



W jaki sposób określa się parametr impedancji Zenera dla diody Zenera "# 22"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Z zener = ((ΔE dioda ) / ( dioda ΔI)) lub Z zener = (( dioda D E) / ( dioda I))

("D" jest symbolem rachunku różniczkowego, reprezentującym zmianę wielkości nieskończenie małej).

Idealnie, dioda Zenera będzie miała impedancję Zenera zero omów.


Uwagi:

Poproś uczniów, aby powiązali impedancję zenera diody z nachyleniem jej charakterystyki.

Pytanie 23

Znajdź jedną lub dwie diody Zenera i zabierz je ze sobą na zajęcia do dyskusji. Zidentyfikuj przed dyskusją jak najwięcej informacji na temat diod:

Polaryzacja (którego terminalem jest katoda, a która jest anodą)
Spadek napięcia w przód
Ciągła ocena prądu
Prąd znamionowy udarności
Ciągła moc znamionowa
Napięcie znamionowe Zenera
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli to możliwe, znajdź arkusz danych producenta dla twoich komponentów (lub przynajmniej arkusz danych dla podobnego komponentu), aby porozmawiać z kolegami z klasy. Przygotuj się, aby udowodnić spadek napięcia diody w klasie za pomocą multimetru!


Uwagi:

Celem tego pytania jest doprowadzenie uczniów do kinestetycznej interakcji z tematem. To może wydawać się głupie, gdy uczniowie angażują się w ćwiczenia "pokaż i powiedz", ale odkryłem, że takie działania bardzo pomagają niektórym uczniom. Dla tych uczących się, którzy mają kinestetyczny charakter, bardzo pomocne jest dotknięcie prawdziwych elementów podczas uczenia się o ich funkcji. Oczywiście to pytanie stanowi także doskonałą okazję do ćwiczenia interpretacji oznaczeń elementów, korzystania z multimetru, kart z danymi dostępowymi itp.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →