De elektronische apparaten in uw huishouden zijn afhankelijk van hun circuits om te functioneren. Deze elektrische circuits zijn zo ontworpen dat ze de elektriciteit in de juiste richting laten stromen voor hun verschillende toepassingen. Het regelen van de stroom van elektriciteit kan ingewikkeld zijn gezien de verschillende doelen die elektriciteit dient. Dat is waar diodes binnenkomen.
Zener diode
Diodes worden gebruikt om elektriciteit in één richting door een circuit te laten stromen. Zenerdiodes verschillen van andere soorten diodes doordat ze een kleine lekstroom laten vloeien wanneer je ze in de omgekeerde richting in een circuit aansluit, zodat de stroom de andere kant op vloeit. Dit is een soort stroom die naar de grond stroomt om te voorkomen dat deze andere delen van het circuit beïnvloedt en om schade aan de diode zelf te voorkomen.
U kunt diodes zoals de zenerdiode gebruiken bij het converteren tussen wisselstroom (AC) en gelijkstroom (DC). Wisselstroom verandert tussen stromen in de ene richting en stromen in de andere, terwijl gelijkstroom slechts in één richting beweegt. Je kunt in veel van deze elektrische opstellingen bruggelijkrichters of gelijkrichtdiodes vinden.
Gelijkrichters kunnen wisselstroom omzetten in gelijkstroom door ofwel slechts één richting, positief of negatief, te laten van stroom door, of door de ene richting van de AC-stroomcyclus om te zetten in de andere richting. Gelijkrichters converteren tussen de gelijkstroomvoedingen die elektriciteit over lange afstanden transporteren naar de wisselstroom die in de meeste huishoudelijke apparaten wordt aangetroffen.
Zener omgekeerde doorbraakspanning
Door deze kenmerken hebben Zener-diodes een duidelijke doorslagspanning. Dit is de spanning waarbij de diodes stroom beginnen te geleiden in de omgekeerde richting, en het is een verschil tussen de opstellingen van de Zenerdiode en de gelijkrichterdiode. Deze diodes hebben een gedefinieerde spanningsval die niet veel verandert over een reeks ingangsspanningen.
Zodra je de spanning in omgekeerde richting voor een zenerdiode verhoogt tot het punt waarop deze de doorslagspanning bereikt, vloeit de stroom door de diode. De serieweerstand van de diode regelt de maximale waarde van de stroom voordat deze stabiliseert tot een constante waarde. Deze waarde blijft dan constant, ongeacht hoeveel u de ingangsspanning verandert.
Als u de spanning verhoogt tot een waarde die groter is dan de doorslagspanning, ontstaat er een spanningsval over de weerstand. De stroom zou door de diode vloeien en het apparaat maakt verbinding met de aarde, waardoor de diode wordt kortgesloten. Dit zou de belasting loskoppelen van de voeding en de spanning regelen.
Zenerdiode-toepassingen
Om deze redenen zijn zenerdiodes zeer geschikt voor het regelen van de spanning in circuits. U vindt deze kenmerken van zenerdiodes in toepassingen van spanningsregeling, overspanningsonderdrukkers en clippercircuits.
Zenerdiodes in clippercircuits kunnen de vorm van wisselstroom veranderen om de voorwaartse of achterwaartse cycli te beperken. Zenerdiodes zijn nuttig voor het regelen van spanning in verschillende circuits wanneer er te veel of te weinig is. De eenvoud van hun ontwerp en gebruik maakt ze ideale kandidaten voor het omzetten van spanning.
Diode ontwerp
Net als zenerdiodes gebruiken gelijkrichters PN-overgangen, halfgeleidermaterialen die de stroom in slechts één richting laten stromen. Deze zijn ontworpen met behulp van p-type halfgeleiders naast n-type halfgeleiders met een "p"-kant met extra gaten, plaatsen zonder elektronen, die positief geladen zijn. Daarentegen heeft de "n"-kant meer elektronen in de buitenste schillen, waardoor deze negatief geladen is.
Deze halfgeleidermaterialen zijn gemaakt van metalen zoals gallium of metalloïden zoals silicium, het primaire materiaal dat zenerdiodes omvat, gemengd met andere elementen zoals fosfor. Door de plaatsing tussen deze atomen kan stroom vloeien, en je kunt bruggelijkrichters vinden die een breed scala aan stromen regelen via deze ontwerpen.