जेनर डायोड

परिचय

डायोड को आम तौर पर एक उपकरण के रूप में जाना जाता है जो एक दिशा (आगे पक्षपाती) में प्रवाह के प्रवाह की अनुमति देता है और रिवर्स पूर्वाग्रह में उपयोग किए जाने पर वर्तमान के प्रवाह के लिए प्रतिरोध प्रदान करता है। जेनर डायोड (अमेरिकी वैज्ञानिक सी। जेनर के नाम पर रखा गया है जिन्होंने पहली बार अपने परिचालन सिद्धांतों को समझाया था) न केवल आगे के पूर्वाग्रह में उपयोग किए जाने पर वर्तमान के प्रवाह की अनुमति देते हैं, बल्कि वे उल्टे पूर्वाग्रह में उपयोग किए जाने पर वर्तमान के प्रवाह की अनुमति भी देते हैं। अब तक लागू वोल्टेज ब्रेकडाउन वोल्टेज से ऊपर है जिसे जेनर ब्रेकडाउन वोल्टेज के रूप में जाना जाता है । या दूसरे शब्दों में ब्रेकडाउन वोल्टेज वोल्टेज है, जिस पर जेनर डायोड रिवर्स दिशा में संचालित करना शुरू कर देता है।

जेनर डायोड का संचालन सिद्धांत:

सामान्य डायोड में, ब्रेकडाउन वोल्टेज बहुत अधिक है और डायोड पूरी तरह से क्षतिग्रस्त हो जाता है अगर ब्रेकडाउन डायोड के ऊपर एक वोल्टेज लगाया जाता है, लेकिन जेनर डायोड में, ब्रेकडाउन वोल्टेज उतना अधिक नहीं होता है और इससे ज़ेड डायोड का स्थायी नुकसान नहीं होता है अगर वोल्टेज लगाया जाता है।

जैसा कि जेनर डायोड पर लागू रिवर्स वोल्टेज निर्दिष्ट ब्रेकडाउन वोल्टेज (Vz) की ओर बढ़ता है, एक वर्तमान डायोड के माध्यम से बहने लगता है और इस वर्तमान को जेनर करंट के रूप में जाना जाता है और इस प्रक्रिया को हिमस्खलन ब्रेकडाउन के रूप में जाना जाता है । वर्तमान अधिकतम तक बढ़ जाता है और स्थिर हो जाता है। यह वर्तमान लागू वोल्टेज की व्यापक रेंज पर स्थिर रहता है और जेनर डायोड को क्षतिग्रस्त होने के बिना उच्च वोल्टेज के साथ सामना करने की अनुमति देता है। यह वर्तमान श्रृंखला रोकनेवाला द्वारा निर्धारित किया जाता है।

कार्रवाई में एक सामान्य डायोड के नीचे की छवियों पर विचार करें ।

जेनर डायोड के संचालन को दिखाने के लिए, नीचे दिए गए दो प्रयोगों (ए और बी) पर विचार करें।

में प्रयोग एक, एक 12 वी zener डायोड के रूप में छवि में दिखाया गया और यह देखा जा सकता है कि zener डायोड वोल्टेज प्रभावी रूप से अवरुद्ध है क्योंकि यह कम था उलट पक्षपातपूर्ण जुड़ा हुआ है / इस प्रकार विशेष zener डायोड के टूटने वोल्टेज और दीपक के बराबर दूर रहा।

में प्रयोग बी, एक 6V जेनर डायोड का इस्तेमाल किया (बल्ब पर आता है) रिवर्स पक्षपाती में क्योंकि लागू वोल्टेज अपने ब्रेकडाउन वोल्टेज से अधिक है और इस तरह से पता चलता है कि है आयोजन कर रही है zener डायोड के आपरेशन के क्षेत्र है टूटने क्षेत्र ।

जेनर डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता वक्र नीचे दिखाया गया है।

ग्राफ से, यह घटाया जा सकता है कि रिवर्स पूर्वाग्रह मोड में संचालित जेनर डायोड में चालू आपूर्ति की मात्रा के बावजूद काफी स्थिर वोल्टेज होगा।

जेनर डायोड के अनुप्रयोग:

जेनर डायोड का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में तीन मुख्य अनुप्रयोगों में किया जाता है;

1. वोल्टेज नियमन

2. तरंग क्लिपर

3. वोल्टेज शिफ्टर

1. वोल्टेज नियामक के रूप में जेनर डायोड

यह यकीनन जेनर डायोड का सबसे आम अनुप्रयोग है।

जेनर डायोड का यह अनुप्रयोग आपूर्ति या भार में भिन्नता के बावजूद निरंतर वोल्टेज बनाए रखने के लिए जेनर डायोड की क्षमता पर बहुत अधिक निर्भर करता है। वोल्टेज विनियमन डिवाइस का सामान्य कार्य लोड के लिए ऊर्जा में भिन्नता (लोड करंट) या आपूर्ति वोल्टेज में भिन्नता और अस्थिरता के बावजूद इसके समानांतर जुड़े हुए लोड को निरंतर आउटपुट वोल्टेज प्रदान करना है ।

जेनर डायोड निरंतर वोल्टेज प्रदान करेगा, बशर्ते अधिकतम और न्यूनतम रिवर्स वर्तमान की सीमा के भीतर वर्तमान वोल्टेज।

वोल्टेज रेगुलेटर के रूप में उपयोग किए जा रहे जेनर डायोड को दिखाने वाला सर्किट आरेख नीचे दिखाया गया है।

एक रोकनेवाला, आर 1 श्रृंखला में जेनर डायोड के साथ जुड़ा हुआ है ताकि डायोड और इनपुट वोल्टेज विन (जो जेनर वोल्टेज से अधिक होना चाहिए) के माध्यम से वर्तमान प्रवाह की मात्रा को सीमित किया जा सके जैसा कि छवि में दिखाया गया है और आउटपुट वोल्टेज आउट, Zout डायोड के साथ Vout = Vz (जेनर वोल्टेज) के पार ले जाया जाता है । चूंकि जेनर डायोड के रिवर्स बायस विशेषताओं को वोल्टेज को विनियमित करने के लिए क्या आवश्यक है, यह रिवर्स बायस मोड में जुड़ा हुआ है, कैथोड सर्किट के सकारात्मक रेल से जुड़ा हुआ है।

रोकनेवाला R1 के मूल्य का चयन करते समय ध्यान रखा जाना चाहिए, क्योंकि एक छोटे मूल्य रोकनेवाला के परिणामस्वरूप एक बड़ा डायोड चालू होगा जब लोड जुड़ा होता है और इससे डायोड की शक्ति अपव्यय आवश्यकता बढ़ जाएगी जो अधिकतम बिजली रेटिंग से अधिक हो सकती है जेनर और इसे नुकसान पहुंचा सकता है।

उपयोग किए जाने वाले अवरोधक का मूल्य नीचे दिए गए सूत्र का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है।

आर ₁ = (वी _इन - वी _जेड) / आई _जेड व्हेयर; आर 1 श्रृंखला प्रतिरोध का मूल्य है। विन इनपुट वोल्टेज है। Vz जो कि Vout के समान है, जेनर वोल्टेज है और Iz जेनर करंट है।

इस फॉर्मूले का उपयोग करके यह सुनिश्चित करना आसान हो जाता है कि चयनित रेज़र का मान वर्तमान के प्रवाह की तुलना में अधिक नहीं है जो जेनर को संभाल सकता है।

जेनर डायोड आधारित रेगुलेटर सर्किट के साथ अनुभवी एक छोटी समस्या यह है कि जेनर कभी-कभी इनपुट वोल्टेज को विनियमित करने के प्रयास करते समय आपूर्ति रेल पर विद्युत शोर उत्पन्न करता है। हालांकि यह अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए एक समस्या नहीं हो सकती है, यह समस्या डायोड में एक बड़े मूल्य के डिकूपिंग संधारित्र के अतिरिक्त द्वारा हल हो सकती है। यह जेनर के आउटपुट को स्थिर करने में मदद करता है।

2. जेनर डायोड वेवफॉर्म क्लिपर के रूप में

सामान्य डायोड का एक उपयोग क्लिपिंग और क्लैम्पिंग सर्किट के अनुप्रयोग में होता है जो सर्किट होते हैं जिनका उपयोग इनपुट एसी तरंग या सिग्नल को आकार देने या संशोधित करने के लिए किया जाता है, जो क्लिपर या क्लैपर की विशिष्टताओं के आधार पर एक अलग आकार के आउटपुट सिग्नल का उत्पादन करता है।

क्लीपर्स सर्किट आम तौर पर सर्किट होते हैं जिनका उपयोग सर्किट सिग्नल के आउटपुट सिग्नल को इनपुट सिग्नल या तरंग के किसी अन्य भाग को बदले बिना किसी पूर्व निर्धारित वोल्टेज मान से परे जाने से रोकने के लिए किया जाता है।

क्लैंपर्स के साथ इन सर्किट का उपयोग व्यापक रूप से एनालॉग टेलीविज़न और एफएम रेडियो ट्रांसमीटरों में हस्तक्षेप (क्लैम्पिंग सर्किट) को हटाने और उच्च चोटियों की कतरन द्वारा शोर चोटियों को सीमित करने के लिए किया जाता है।

चूंकि जेनर डायोड सामान्य रूप से सामान्य डायोड की तरह व्यवहार करता है जब लागू वोल्टेज ब्रेकडाउन वोल्टेज के बराबर नहीं होता है, इसलिए वे इस प्रकार क्लिपिंग सर्किट में भी उपयोग किए जाते हैं।

क्लिपिंग सर्किट को सकारात्मक, नकारात्मक या दोनों क्षेत्रों में सिग्नल को क्लिप करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है । हालांकि डायोड स्वाभाविक रूप से 0.7V पर अन्य क्षेत्र को बंद कर देगा, चाहे वह एक सकारात्मक या नकारात्मक क्लिपर के रूप में डिजाइन किया गया हो।

उदाहरण के लिए, नीचे दिए गए सर्किट पर विचार करें।

क्लिपर सर्किट को 6.2v पर आउटपुट सिग्नल को क्लिप करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, इसलिए 6.2v जेनर डायोड का उपयोग किया गया था। जेनर डायोड आउटपुट सिग्नल को इनपुट तरंग के बावजूद जेनर वोल्टेज से परे जाने से रोकता है। इस विशेष उदाहरण के लिए, 20v इनपुट वोल्टेज का उपयोग किया गया था और पॉजिटिव स्विंग पर आउटपुट वोल्टेज 6.2v था जो जेनर डायोड के वोल्टेज के अनुरूप था। हालांकि, एसी वोल्टेज के नकारात्मक स्विंग के दौरान, जेनर डायोड सामान्य डायोड की तरह व्यवहार करता है और 0.7V पर आउटपुट वोल्टेज को क्लिप करता है, जो सामान्य सिलिकॉन डायोड के अनुरूप है।

एसी सर्किट के नकारात्मक स्विंग के साथ-साथ पॉजिटिव स्विंग को इस तरह से लागू करने के लिए कि वोल्टेज को सकारात्मक और नकारात्मक स्विंग पर विभिन्न स्तरों पर क्लिप किया जाता है, एक डबल जेनर क्लिपिंग सर्किट का उपयोग किया जाता है। डबल जेनर क्लिपिंग सर्किट के लिए सर्किट आरेख नीचे दिखाया गया है।

ऊपर क्लिपिंग सर्किट में, वोल्टेज Vz2 एसी स्रोत के नकारात्मक स्विंग पर वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है, जिस पर आउटपुट सिग्नल को क्लिप किया जाना चाहिए, जबकि वोल्टेज Vz1 एसी स्रोत के सकारात्मक स्विंग पर वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है, जिस पर आउटपुट वोल्टेज क्लिपिंग के लिए वांछित है।

3. ज़ेनर डायोड वोल्टेज शिफ्टर के रूप में

वोल्टेज शिफ्टर जेनर डायोड के सबसे सरल लेकिन दिलचस्प अनुप्रयोगों में से एक है। यदि आपके पास विशेष रूप से 3.3V सेंसर को 5V MCU से जोड़ने का अनुभव है, और रीडिंग आदि में त्रुटियों को पहली बार देखा है, तो इससे आपको वोल्टेज शिफ्टर्स के महत्व की सराहना होगी। वोल्टेज शिफ्टर्स सिग्नल को एक वोल्टेज से दूसरे में बदलने में मदद करते हैं और ब्रेकडाउन क्षेत्र में स्थिर आउटपुट वोल्टेज को बनाए रखने के लिए जेनर डायोड की क्षमता के साथ, यह उन्हें ऑपरेशन के लिए आदर्श घटक बनाता है।

एक जेनर डायोड आधारित वोल्टेज शिफ्टर में, सर्किट का उपयोग किए जाने वाले विशेष जेनर डायोड के ब्रेकडाउन वोल्टेज के बराबर मूल्य द्वारा, आउटपुट वोल्टेज को कम करता है। वोल्टेज शिफ्टर के लिए सर्किट आरेख नीचे सचित्र है।

नीचे प्रयोग पर विचार करें,

सर्किट 3.3v जेनर डायोड आधारित वोल्टेज शिफ्टर का वर्णन करता है। इनपुट वोल्टेज (7V) से जेनर डायोड के ब्रेकडाउन वोल्टेज (3.3V) को घटाकर सर्किट का आउटपुट वोल्टेज (3.72V) दिया जाता है।

वाउट = विन-वीज़

वाउट = 7 - 3.3 = 3.7 वी

आधुनिक समय के इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिजाइन में पहले से वर्णित कई अनुप्रयोगों में वोल्टेज शिफ्टर है क्योंकि डिजाइन इंजीनियर को डिजाइन प्रक्रिया के दौरान कई बार तीन अलग-अलग वोल्टेज स्तर तक काम करना पड़ सकता है।

जेनर डायोड के प्रकार:

जेनर डायोड को कई मापदंडों के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है जिसमें शामिल हैं;

1. नाममात्र वोल्टेज
2. शक्ति का अपव्यय
3. फॉरवर्ड ड्राइव करंट
4. वोल्टेज आगे बढ़ाएं
5. पैकेजिंग प्रकार
6. अधिकतम रिवर्स करंट

नाममात्र वोल्टेज

एक जेनर डायोड के नाममात्र ऑपरेशन वोल्टेज को जेनर डायोड के ब्रेकडाउन वोल्टेज के रूप में भी जाना जाता है, उस अनुप्रयोग के आधार पर जिसके लिए डायोड का उपयोग किया जाना है, यह अक्सर जेनर डायोड के चयन के लिए सबसे महत्वपूर्ण मानदंड है।

शक्ति का अपव्यय

यह अधिकतम विद्युत शक्ति का प्रतिनिधित्व करता है जिससे जेनर करंट फैल सकता है। इस पावर रेटिंग के अधिक होने से जेनर डायोड के तापमान में अत्यधिक वृद्धि होती है जो इसे नुकसान पहुंचा सकता है और इससे जुड़ी चीजों की विफलता सर्किट में हो सकती है। इस प्रकार इस कारक को ध्यान में रखते हुए डायोड का चयन करते समय विचार किया जाना चाहिए।

अधिकतम जेनर करंट

यह अधिकतम वर्तमान है जो डिवाइस को नुकसान पहुंचाए बिना जेनर वोल्टेज पर जेनर डायोड के माध्यम से पारित किया जा सकता है।

न्यूनतम जेनर करंट

यह ज़ेनर डायोड के ब्रेकडाउन क्षेत्र में परिचालन शुरू करने के लिए आवश्यक न्यूनतम वर्तमान को संदर्भित करता है।

डायोड के विनिर्देशन के रूप में काम करने वाले अन्य मापदंडों को उस अजीबोगरीब डिज़ाइन के लिए आवश्यक ज़ेनर डायोड के प्रकार पर निर्णय लेने से पहले पूरी तरह से विचार करने की आवश्यकता होती है।

निष्कर्ष:

यहां 5 बिंदु दिए गए हैं जिन्हें आपको कभी भी जेनर डायोड के बारे में नहीं भूलना चाहिए।

1. एक जेनर डायोड केवल एक साधारण डायोड की तरह होता है जिसे तेज ब्रेकडाउन वोल्टेज के लिए डोप किया गया है।
2. जेनर डायोड एक स्थिर आउटपुट वोल्टेज को बनाए रखता है, चाहे इनपुट वोल्टेज कितना भी हो, बशर्ते अधिकतम जेनर करंट पार न हो।
3. आगे के पूर्वाग्रह से जुड़े होने पर, जेनर डायोड बिल्कुल सामान्य सिलिकॉन डायोड की तरह व्यवहार करता है। यह समान 0.7v वोल्टेज ड्रॉप के साथ संचालित होता है जो सामान्य डायोड के उपयोग के साथ होता है।
4. जेनर डायोड डिफ़ॉल्ट ऑपरेशनल स्टेट ब्रेकडाउन क्षेत्र (उलट पक्षपाती) में है। इसका अर्थ है कि यह वास्तव में तब काम करना शुरू करता है जब लागू वोल्टेज रिवर्स बायस्ड में जेनर वोल्टेज से अधिक होता है।
5. जेनर डायोड का उपयोग ज्यादातर अनुप्रयोगों में शामिल होता है, वोल्टेज विनियमन, क्लिपिंग सर्किट और वोल्टेज शिफ्टर्स।