الصمام الثنائي زينر
La diode Zener
بسم الله الرحمان الرحيم
و صلى الله وسلم على مولانا رسول الله
وعلى آله وصحبه ومن والاه.
الصمام الثنائي زينر
La diode Zener
في هذا الموضوع سنشرح بشكل ملخص عنصر من فصيلة الصمام الثنائي اسمه هو: الصمام الثنائي زينر La diode Zener
قبل أن نبدأ في تعريف وجرد بعض خصائصه ومميزاته، كان لزاما أن نعود بكم إلى
مميزة الصمام الثنائي ذي الوصلة PN، التي
درسناها في موضوع سابق.
ذكرنا آنذاك أن مميزة الصمام الثنائي تكون
على الشكل كما في الصورة التالية:
حيث قلنا أن الصمام الثنائي عندما يكون
مستقطبا في المنحى الحاجز (أتحدث هنا عن يسار محور الاراتيب الصورة أعلاه)، قلنا أنه لا يمرر أي
تيار من خلاله، وذلك لتسهيل الشرح. لكنه حقيقة الأمر، يمكن إبراز مرور تيار
كهربائي ضعيف جدا شدته من رتبة النانو أمبير (nA). وذلك باستعمال أجهزة قياس أكثر
دقة. هذا التيار يسمى بالتيار العكسي Courant
inverse ويطلق عليه كذلك Courant de
fuite أو Courant de saturation. ويرمز
إليه بـ Iz
هذا يعني أن الصمام الثنائي عندما يكون
مستقطبا في المنحى الحاجز، لا يمنع مرور التيار الكهربائي إطلاقا من خلاله. بل يمرر
نسبة ضعيفة منه، يتم تجاهلها في جميع الحالات.
تبين لنا المميزة أعلاه أن شدة
التيار العكسي Iz لا تخضع تقريبا للتوتر المطبق، بل
تبقى ثابتة، لكن عندما يصل التوتر Uka إلى
قيمة معينة تحدث ظاهرة جديدة. حيث ترتفع شدة التيار العكسي Iz بشكل مفاجئ وقوي. مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الصمم الثنائي
بشكل مفرط، ما يتسبب في إتلافه. لذلك يجب استعمال الصمامات الثنائية بعيدا عن نطاق
التوترات العكسية التي تؤدي إلى إتلافها. حيث هذا النطاق يبدأ من 60V وينتهي
إلى 1000V وذلك حسب نوعية الصمام الثنائي.
تسمى الظاهرة الجديدة المحدثة: مفعول زينر Effet Zener، وهو راجع إلى اسم العالم الفيزيائي الأمريكي CLARENCE MELVIN ZENER الذي اكتشف هاته الظاهرة واستطاع
تقديم تفسيرات لها. ويطلق عليها كذلك اسم ظاهرة الانهيار Phénomène de claquage. أما التوتر الذي يؤدي إلى حدوث هاته الظاهرة فيسمى:
توتر زينر La tension Zener. كما
يطلق عليه اسم: توتر الانهيار La tension
de claquage.
من أجل استغلال هاته الظاهرة بشكل جيد دون إتلاف الصمام الثنائي، صمم صمام
ثنائي خاص اسمه: الصمام الثنائي زينر La diode
Zener حيث نطاق توتر زينر Uz خاصته
يكون ذا قيم ضعيفة. وتتغير قيمته المفروضة من طرف الصانع من صمام إلى آخر حسب الاستعمال
وذلك من 1.2V إلى بعض المئات من الفولط.
الصمام الثنائي زينر مركبة الكترونية تكون على شكل قضيب أسطواني يحمل حلقة تذل على الكاثود K، تشير إلى منحى مرور التيار الكهربائي في المنحى
المباشر، كما هو الشأن بالنسبة للصمام الثنائي العادي:
وهو ثنائي قطب غير تماثلي، يتصرف كصمام
ثنائي عادي في المنحى المباشر. أما في المنحى المعاكس، يقاوم في أول الأمر مرور
التيار الكهربائي، لكنه يصير فجأة موصلا عندما يفوق التوتر المطبق عليه، قيمة توتر
زينر Uz. ويكون تمثيله الرمزي في الدارات
الكهربائية على الشكل التالي:
نفترض أن الصمام الثنائي الذي سندرسه في هذا الموضوع، نفترض أن مقاومته
الداخلية منعدمة. عندما يكون موصلا فإنه يتصرف كأنه مولد للتوتر المستمر حيث هذا
المولد لن يمنح أي تيار.
إذا كان موصلا في المنحى الموجب أو المنحى الحاجز، فإن تمثيله الرمزي
سيكافئ مولد توتر مستمر ذي توتر إما Us أو Uz، ويكون هذا المولد مستقطبا كما هو موضح على يمين
الصورة التالية:
أما إذا كان الصمام زينر عازلا فإن تمثيله
الرمزي سيكافئ قاطع تيار مفتوح كما هو مبين على يمين الصورة التالية:
بصفة عامة يستعمل
الصمام الثنائي زينر في التراكيب الالكترونية في المنحى المعاكس لتثبيت التوتر،
حيث يفيد في الحصول على توترات ذات قيم مستقرة. ومن أجل ذلك يشترط الصمام زينر
شرطين آخرين إلى جانب شرط التوتر العكسي المطبق عليه:
الشرط الأول: أن يمر فيه تيار عكسي Iz لا يقل عن قيمة دنوية Izmin، حيث أنه إذا كان التيار أقل من هاته القيمة (Izmin) لن يعمل الصمام زينر بشكل جيد في تثبيت التوتر.
الشرط الثاني: أن لا يتعدى التيار العكسي Iz قيمة قصوى Izmax حيث
أنه إذا كان التيار أكبر من هاته القيمة (Izmax) سيتلف الصمام زينر.
لذلك
يجب تركيب مقاومة كهربائية على التوالي معه لحمايته (الدارة أسفله). حيث ستحد من
التيار العكسي Iz. بذلك نظمن أن يمر تيار ملائم في
الصمام زينر.
تبقى
قيمة هاته المقاومة مرهونة بعمل الدارة ككل. معناه أن الصمام زينر يحتاج دائما
مقاومة لحمايته ستختلف قيمتها من دارة إلى أخرى.
يمكن حساب القيمة الدنوية و القصوى للتيار Iz، انطلاقا من القدرة القصوى P الذي سيتحمل نوع الصمام زينر المستخدم، وهي قيمة يحددها الصانع.
ليعمل الصمام زينر بشكل جيد يشترط أن نأخذ 10% من القدرة القصوى P فنحصل على قدرة P1. ثم بعد ذلك نحسب شدة التيار الدنوية Izmim بالعلاقة التالية:
حيث Uz هو توتر زينر
كما يشترط كذلك لتحديد شدة التيار القصوى Izmax، بأن نأخذ 90% من القدرة القصوى P فنحصل على قدرة P2، ثم نحسب الشدة Izmax
بالعلاقة التالية:
نأخذ مثال عملي
ليتضح لنا أكثر طريقة حساب هاتين الشدتين. لدي صمام زينر من النوع (الصورة أسفله)
ذو المرجع 1N4733 ولديه توتر زينر Uz=5.1V ويتحمل 1W كقدرة قصوى.
1- لحساب Izmin نحسب أولا P1 والتي
تعبر عن نسبة 10% من P إذن
لنحدد الآن قيمة التيار Izmin
لدينا
أي
إذن
2- لحساب Izmax نحسب أولا P2 والتي
تمثل 90% من P
إذن
لنحدد الآن شدة التيار Izmax
لدينا
أي
إذن
وبالتالي يجب أن تكون شدة التيار Iz محصورة بين الشدتين :
هكذا نضمن للصمام الثنائي زينر أن يشتغل
بكفاءة.
كمعلومة إضافية، إذا أتيح لنا اختيار قيمة لشدة التيار Iz ، ينصح أن نحددها انطلاقا من النسبة 25% من
القدرة القصوى P. كمثال نحصل على شدة تيار مناسبة
للصمام زينر ذي المرجع 1N4733 قيمتها هي Iz=49mA. نلاحظ
أن هاته القيمة الأخيرة توجد ضمن النطاق المسموح به(المتراجحة أعلاه).
في الموضوع القادم سوف نشرح بحول
الله وعونه طريقة حساب مقاومة الحماية للصمام زينر.
شكر الله لكم حسن الوفاء و المتابعة
والسلام عليكم ورحمة الله.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق