सिद्धांत से अभ्यास तक: विश्वसनीय ओवरवॉल्टेज संरक्षण के लिए ज़ेनर डायोड का उपयोग करना
2024-05-15 9294

1930 में हार्वर्ड विश्वविद्यालय से पीएचडी के बाद अमेरिकी भौतिक विज्ञानी क्लेरेंस मेल्विन ज़ेनर द्वारा 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में विकसित ज़ेनर डायोड ने इलेक्ट्रॉनिक घटकों में एक महत्वपूर्ण उन्नति को चिह्नित किया।यह लेख इन डायोड की विशिष्ट विशेषताओं का विवरण देता है, जो बहुत पतले घटाव वाले क्षेत्रों को बनाने के लिए भारी रूप से डोप किए जाते हैं जहां मजबूत विद्युत क्षेत्र मौजूद होते हैं।जब यह फ़ील्ड डायोड के ब्रेकडाउन वोल्टेज तक पहुंचता है, जो कि ज़ेनर ब्रेकडाउन के लिए 5V से कम या हिमस्खलन टूटने के लिए 5V से ऊपर हो सकता है, तो यह उनके परमाणु बॉन्ड से इलेक्ट्रॉनों को नापसंद करने के लिए पर्याप्त मजबूत है, जिससे एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है।इस खोज ने इलेक्ट्रॉनिक सर्किटों को नियंत्रित करने का एक नया तरीका प्रदान किया, जिसमें 1V से अधिक से अधिक 250V से अधिक के ब्रेकडाउन वोल्टेज में, 1% और 20% के बीच सहिष्णुता के साथ, इलेक्ट्रॉनिक डिजाइनों में सटीकता की सुविधा है।

सूची

चित्रा 1: असली पीसीबी में ज़ेनर डायोड

ज़ेनर डायोड क्या है?

जेनर डायोड रिवर्स-बायस्ड होने पर पीएन जंक्शन की ब्रेकडाउन विशेषताओं का लाभ उठाते हैं, और जब वर्तमान में उतार-चढ़ाव होता है तो अपने टर्मिनल वोल्टेज की स्थिरता को बनाए रखने में अधिक भूमिका निभा सकता है।उन पर डायोड का वोल्टेज इनपुट वोल्टेज में किसी भी V ariat आयनों द्वारा निरंतर और अप्रभावित रहता है।यह स्थिरता सर्किट वोल्टेज में परिवर्तन का मुकाबला करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिजाइनों में उपयोगी है जो बिजली की आपूर्ति में उतार -चढ़ाव या इसी तरह की गड़बड़ी के परिणामस्वरूप हो सकती है।रणनीतिक बिंदुओं पर ज़ेनर डायोड को तैनात करके, डिजाइनर इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लगातार प्रदर्शन को सुनिश्चित करते हुए, लोड के पार वोल्टेज को मज़बूती से स्थिर कर सकते हैं।ज़ेनर डायोड का यह सीधा लेकिन परिष्कृत कार्य उन्हें आधुनिक सर्किटरी का एक अभिन्न अंग बनाता है, वोल्टेज पर सटीक नियंत्रण की सुविधा और विद्युत प्रणालियों की समग्र विश्वसनीयता को बढ़ाता है।

इसके अलावा, ज़ेनर डायोड का विद्युत प्रतीक साधारण डायोड प्रतीक से अलग है।सर्किट आरेखों में, पारंपरिक डायोड, जैसे सिग्नल डायोड या पावर डायोड, को मानक प्रतीकों के साथ चित्रित किया जाता है जो ज़ेनर डायोड के लिए उपयोग किए जाने वाले लोगों से भिन्न होते हैं।

चित्र 2: नियमित डायोड

चित्र 3: ज़ेनर डायोड

जब यह विशेष रूप से क्षणिक वोल्टेज दमन (टीवी) के लिए डिज़ाइन किए गए ज़ेनर डायोड की बात आती है, तो इन्हें अक्सर एक ही डिवाइस में जोड़ा जाता है।इस संयोजन उपकरण को एक अलग प्रतीक के साथ स्कीमेटिक्स में दर्शाया गया है जो नेत्रहीन इसे एकल ज़ेनर डायोड और अन्य प्रकार के डायोड से अलग करता है।यह विशेष प्रतीक तकनीशियनों और इंजीनियरों को एक सर्किट में डिवाइस के फ़ंक्शन और विशेषताओं की पहचान करने में मदद करता है, सटीक और कुशल सर्किट डिजाइन और समस्या निवारण सुनिश्चित करता है।

चित्र 4: दो टीवी ज़ेनर डायोड का संयोजन

सामान्य ज़ेनर डायोड मान और भाग संख्या

एक ज़ेनर डायोड का चयन करते समय, एक वोल्टेज रेटिंग के साथ एक को चुनना महत्वपूर्ण है जो प्रभावी वोल्टेज विनियमन और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए आपके सर्किट की जरूरतों से मेल खाता है।यहां आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले ज़ेनर डायोड, उनके विशिष्ट अनुप्रयोगों और भाग संख्याओं का टूटना है।

3.3V 1N5226

3.3V लॉजिक सर्किट में वोल्टेज को स्थिर करने के लिए आदर्श, जो आमतौर पर माइक्रोकंट्रोलर और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) में पाए जाते हैं।ये डायोड सही ऑपरेटिंग वोल्टेज को बनाए रखकर लगातार प्रदर्शन सुनिश्चित करते हैं।

5.1V 1N5231

अक्सर 5V डिजिटल और लॉजिक सर्किट में उपयोग किया जाता है, यह डायोड ठेठ टीटीएल (ट्रांजिस्टर-ट्रांसिस्टर लॉजिक) और सीएमओ (पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर) सर्किट के लिए एकदम सही है।यह विश्वसनीय वोल्टेज विनियमन प्रदान करता है, वोल्टेज में उतार -चढ़ाव से संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक घटकों की सुरक्षा करता है।

चित्रा 5: 1N5231 ज़ेनर डायोड माप

6.8V 1N5235

यह डायोड एनालॉग सर्किट के लिए सिलवाया गया है जो 5V से थोड़ा ऊपर संचालित होता है, विशेष सेंसर या पुराने लॉजिक आईसी (एकीकृत सर्किट) के लिए अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करता है, जिसमें सुरक्षित और प्रभावी ढंग से संचालित करने के लिए वोल्टेज में एक बफर की आवश्यकता होती है।

9.1V 1N5239

9V बैटरी-संचालित उपकरणों के लिए इष्टतम, जैसे कि पोर्टेबल एम्पलीफायरों या वायरलेस मॉड्यूल।यह सुनिश्चित करता है कि इन उपकरणों को एक स्थिर बिजली की आपूर्ति प्राप्त होती है, जिससे उनके प्रदर्शन और विश्वसनीयता बढ़ जाती है।

11.0V 1N5241

सर्किट के लिए उपयुक्त मानक लॉजिक स्तरों से थोड़ा ऊपर एक वोल्टेज की आवश्यकता होती है, जिसमें कुछ एनालॉग सर्किट भी शामिल हैं।यह 12V सिस्टम के लिए ओवरवॉल्टेज सुरक्षा भी प्रदान करता है, जिससे यह अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला के लिए बहुमुखी है।

13.0V 1N5243

आमतौर पर 12V बिजली आपूर्ति प्रणालियों में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से मोटर वाहन इलेक्ट्रॉनिक्स या औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों में।यह मजबूत ओवरवॉल्टेज सुरक्षा प्रदान करता है, संभावित वोल्टेज स्पाइक्स के खिलाफ सुरक्षा करता है जो सिस्टम को नुकसान पहुंचा सकता है।

15.0V 1N5245

इस डायोड का उपयोग किया जाता है जहां 15V वोल्टेज स्थिरता आवश्यक है, जैसे कि परिचालन एम्पलीफायरों के लिए बिजली की आपूर्ति में या उच्च परिचालन वोल्टेज स्तरों के साथ इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में बुनियादी सुरक्षा के रूप में।

ज़ेनर डायोड का कार्य सिद्धांत

ज़ेनर डायोड अपनी अद्वितीय भौतिक संरचना के कारण विशिष्ट अर्धचालक डायोड से अलग सिद्धांतों पर संचालित होता है, जिसमें भारी डोपिंग की विशेषता होती है।इस डोपिंग के परिणामस्वरूप काफी पतले कमी वाले क्षेत्र होते हैं, जिससे साधारण डायोड की तुलना में विद्युत क्षेत्र अधिक तीव्र हो जाता है।

जब एक ज़ेनर डायोड रिवर्स-बायस्ड होता है, तो अपने संकीर्ण कमी वाले क्षेत्र के भीतर मजबूत विद्युत क्षेत्र सीधे ज़ेनर वोल्टेज के रूप में जाना जाने वाले एक विशिष्ट वोल्टेज पर चालन बैंड में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित कर सकता है।यह प्रत्यक्ष उत्तेजना ज़ेनर ब्रेकडाउन की ओर ले जाती है, हिमस्खलन के टूटने से अलग एक घटना आमतौर पर कम भारी डोप किए गए डायोड में देखी जाती है।हिमस्खलन टूटने में, कमी क्षेत्र रिवर्स पूर्वाग्रह के तहत चौड़ा हो जाता है जब तक कि रिवर्स वोल्टेज अल्पसंख्यक वाहकों को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त उच्च न हो।ये वाहक जाली आयनों से टकराने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं, अधिक इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करते हैं और एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को सेट करते हैं जो तेजी से वर्तमान को बढ़ाता है।

चित्रा 6: ज़ेनर डायोड फॉरवर्ड करंट

चित्र 7: ज़ेनर डायोड ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन सर्किट का सिद्धांत

ज़ेनर ब्रेकडाउन, हालांकि, मुख्य रूप से तीव्र विद्युत क्षेत्र के कारण होने वाली क्वांटम टनलिंग से उपजा है, जो हिमस्खलन के टूटने के लिए स्थितियों से पहले भी होता है।यह महत्वपूर्ण अंतर ज़ेनर डायोड को अलग -अलग वर्तमान स्तरों की उपस्थिति में अपने टर्मिनलों में एक स्थिर वोल्टेज बनाए रखने की अनुमति देता है, एक प्रमुख विशेषता जो वोल्टेज स्थिरीकरण के लिए सर्किट डिजाइन में लीवरेज किया जाता है।

चित्र 8: ज़ेनर डायोड ज़ेनर और हिमस्खलन टूटने का आरेख

चित्र 9: ज़ेनर डायोड के हिमस्खलन टूटने का योजनाबद्ध आरेख

व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए, ज़ेनर डायोड को उनके ज़ेनर वोल्टेज के आधार पर या तो ज़ेनर ब्रेकडाउन या हिमस्खलन टूटने का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।कम ज़ेनर वोल्टेज के साथ डायोड, आमतौर पर 6V के तहत, मुख्य रूप से ज़ेनर ब्रेकडाउन से गुजरते हैं, जिससे वे कम वोल्टेज पर वोल्टेज स्थिरता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं।इसके विपरीत, 6V से अधिक जेनर वोल्टेज के साथ डायोड, हिमस्खलन टूटने का अनुभव करने की अधिक संभावना है, जो उच्च वोल्टेज रेंज को संभालने के लिए अधिक उपयुक्त है।यह लचीलापन Zener डायोड को इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के एक व्यापक स्पेक्ट्रम में नियोजित करने की अनुमति देता है, विश्वसनीय वोल्टेज नियंत्रण सुनिश्चित करता है और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट की समग्र अनुकूलनशीलता को बढ़ाता है।

एक ज़ेनर डायोड और एक सिग्नल डायोड के बीच अंतर

ज़ेनर डायोड और सिग्नल डायोड इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक उपकरण हैं, लेकिन वे कार्य और संरचना में काफी भिन्न होते हैं, खासकर जब रिवर्स-बायस्ड।

चित्र 10: ज़ेनर डायोड बनाम।संकेत डायोड

ज़ेनर डायोड- वोल्टेज स्थिरता और संरक्षण

इन उपकरणों को विशेष रूप से अर्धचालक सामग्री के भारी डोपिंग के माध्यम से रिवर्स पूर्वाग्रह की स्थिति को संभालने के लिए इंजीनियर किया जाता है।यह उच्च डोपिंग स्तर पीएन जंक्शन की चौड़ाई को कम कर देता है, जो कि घटाव क्षेत्र के भीतर विद्युत क्षेत्र को तेज करता है।नतीजतन, जब रिवर्स वोल्टेज ज़ेनर ब्रेकडाउन वोल्टेज (VZ) तक पहुंचता है, तो ज़ेनर डायोड वर्तमान को बिना नुकसान के रिवर्स दिशा में प्रवाह करने की अनुमति देता है।यह सुविधा वोल्टेज विनियमन और ओवरवॉल्टेज सुरक्षा जैसे अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है, जहां एक स्थिर वोल्टेज को बनाए रखना या संवेदनशील घटकों की रक्षा करना आवश्यक है।उदाहरण के लिए, एक वोल्टेज विनियमन परिदृश्य में, जब सर्किट वोल्टेज ज़ेनर वोल्टेज से अधिक हो जाता है, तो ज़ेनर डायोड सक्रिय करता है, वर्तमान का संचालन करता है और इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नुकसान पहुंचाने वाले उतार -चढ़ाव को रोकने के लिए वोल्टेज को स्थिर करता है।

सिग्नल डायोड - कुशल सिग्नल प्रोसेसिंग और सुधार

इसके विपरीत, सिग्नल डायोड को न्यूनतम रिवर्स करंट रिसाव के साथ कुशल फॉरवर्ड कंडक्शन के लिए डिज़ाइन किया गया है।आमतौर पर, वे बहुत कम करंट को प्रवाहित करने की अनुमति देते हैं जब रिवर्स पक्षपाती - अक्सर सिर्फ नैनोएम्पर को माइक्रोएम्पर के लिए - जो अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए नगण्य है।हालांकि, इन डायोड को क्षतिग्रस्त किया जा सकता है यदि रिवर्स वोल्टेज उनके ब्रेकडाउन वोल्टेज से अधिक हो जाता है, जिससे संभावित खुले या छोटे सर्किट होते हैं।उनके प्राथमिक अनुप्रयोगों में सिग्नल शेपिंग, स्विचिंग और कम-शक्ति सुधार शामिल हैं, जहां आगे की चालन आवश्यक है, और हस्तक्षेप को रोकने के लिए रिवर्स करंट को कम से कम करने की आवश्यकता है।

जबकि ज़ेनर और सिग्नल डायोड दोनों आगे-पूर्व-पक्षपाती होने पर एनोड से कैथोड तक वर्तमान प्रवाह की अनुमति देते हैं, उनके रिवर्स-बायस्ड व्यवहार अलग-अलग जरूरतों को पूरा करते हैं।ज़ेनर डायोड सर्किट में अपरिहार्य हैं जहां वोल्टेज को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है या जहां घटकों को वोल्टेज स्पाइक्स के खिलाफ सुरक्षा की आवश्यकता होती है।क्षति के बिना रिवर्स में आचरण करने की उनकी क्षमता ऐसी सुरक्षात्मक भूमिकाओं के लिए अद्वितीय और आवश्यक है।इसके विपरीत, सिग्नल डायोड रिवर्स पूर्वाग्रह के दौरान मजबूत अलगाव के साथ कुशल फॉरवर्ड वर्तमान चालन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में एक्सेल।

एक ज़ेनर डायोड और एक सिग्नल डायोड के बीच की पसंद आवेदन की विशिष्ट आवश्यकताओं पर टिका है - पूर्व, कुशल सिग्नल हैंडलिंग और उत्तरार्द्ध के लिए सुधार के लिए वोल्टेज स्थिरीकरण और सुरक्षा।प्रत्येक प्रकार के डायोड के अनुरूप लाभ प्रदान करते हैं जो उन्हें सर्किट डिजाइन और कार्यान्वयन में विभिन्न भूमिकाओं के अनुकूल बनाते हैं।

ज़ेनर ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन सर्किट (OVP) के लाभ और नुकसान

लाभ

सबसे पहले, एक ज़ेनर ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन सर्किट विशेष रूप से सीधा है, जिसमें मुख्य रूप से एक ज़ेनर डायोड एक श्रृंखला अवरोधक के साथ जोड़ा गया है।यह न्यूनतर डिजाइन विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक सेटअप में आसान एकीकरण की सुविधा प्रदान करता है, जिससे यह बुनियादी तकनीकी कौशल वाले लोगों के लिए भी सुलभ हो जाता है।इसमें शामिल कुछ घटकों के कारण इसे बनाए रखना भी आसान है।

अगला, ओवरवॉल्टेज सुरक्षा के लिए ज़ेनर डायोड का उपयोग करना आर्थिक रूप से लाभप्रद है।दोनों डायोड स्वयं और संबंधित घटक सस्ते और व्यापक रूप से उपलब्ध हैं।यह ज़ेनर डायोड सर्किट को एक महत्वपूर्ण वित्तीय निवेश के बिना प्रभावी वोल्टेज विनियमन के लिए एक आकर्षक विकल्प बनाता है।

क्या अधिक है, ज़ेनर डायोड को उनके निर्दिष्ट ब्रेकडाउन वोल्टेज पर एक स्थिर आउटपुट की पेशकश करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।यह स्थिरता वोल्टेज को सुरक्षित स्तर तक सीमित करने के लिए महत्वपूर्ण है, वोल्टेज स्पाइक्स के खिलाफ विश्वसनीय सुरक्षा सुनिश्चित करना जो अन्यथा संवेदनशील सर्किट घटकों को नुकसान पहुंचा सकता है।

नुकसान

एक महत्वपूर्ण दोष ऑपरेशन के दौरान काफी शक्ति का उपभोग करने के लिए सर्किट की प्रवृत्ति है।जैसा कि ज़ेनर डायोड वोल्टेज को क्लैंप करने के लिए सक्रिय करता है, यह वर्तमान को पास करने की भी अनुमति देता है, जो प्रतिरोध के कारण गर्मी उत्पन्न करता है।यह गर्मी अनिवार्य रूप से बर्बाद ऊर्जा है, जो ऊर्जा-संवेदनशील अनुप्रयोगों में एक चुनौती है।

फिर, आचरण करते समय ज़ेनर डायोड द्वारा उत्पन्न गर्मी सर्किट के भीतर उच्च तापमान का कारण बन सकती है।अतिरिक्त शीतलन उपायों को लागू करना, जैसे कि हीट सिंक या प्रशंसक, गर्मी को कुशलता से फैलाने और सुरक्षित घटक तापमान को बनाए रखने के लिए आवश्यक हो सकता है।

हालांकि, जब ज़ेनर डायोड वोल्टेज विनियमन में उत्कृष्टता प्राप्त करते हैं, तो वे स्वाभाविक रूप से मजबूत अति सुरक्षा प्रदान नहीं करते हैं।गलती की स्थिति के दौरान होने वाली अत्यधिक धाराओं के खिलाफ सुरक्षा के लिए, अक्सर फ़्यूज़ या सर्किट ब्रेकर जैसे अन्य सुरक्षात्मक घटकों के साथ ज़ेनर डायोड को जोड़े के लिए आवश्यक होता है, जो सर्किट डिजाइन को जटिल कर सकते हैं और लागत में जोड़ सकते हैं।

ज़ेनर डायोड का कार्य

ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन सर्किट का प्राथमिक कार्य सर्किट वोल्टेज की लगातार निगरानी करना है और यदि यह सुरक्षा सीमा से अधिक है, तो तेजी से जवाब देना है, इस प्रकार इलेक्ट्रॉनिक घटकों को संभावित नुकसान को रोकता है।ज़ेनर डायोड इस भूमिका को भी निभाते हैं, क्योंकि वे सामान्य संचालन परिस्थितियों में उच्च प्रतिरोध का प्रदर्शन करते हुए एक विशिष्ट रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज पर स्थिर चालन बनाए रख सकते हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि वे सर्किट के उचित कामकाज में हस्तक्षेप नहीं करते हैं।

सबसे पहले, सामान्य ऑपरेटिंग वोल्टेज और अधिकतम वोल्टेज दहलीज की पहचान करें जो सर्किट घटकों को नुकसान पहुंचा सकता है।सामान्य ऑपरेटिंग वोल्टेज से थोड़ा ऊपर एक ज़ेनर वोल्टेज के साथ एक ज़ेनर डायोड चुनें, लेकिन अधिकतम वोल्टेज सीमा से नीचे।यह सेटअप यह सुनिश्चित करता है कि डायोड बिजली का संचालन करने के लिए सक्रिय हो जाता है जब वोल्टेज सामान्य सीमा से अधिक हो जाता है, जिससे ओवरवॉल्टेज से बचाव होता है।

दूसरे, चयनित ज़ेनर डायोड को सर्किट में समानांतर में एकीकृत करें जो कि इसे बचाने के लिए है।सटीक प्लेसमेंट की आवश्यकता होती है क्योंकि यह डायोड को संवेदनशील घटक से अतिरिक्त वोल्टेज को दूर करने की अनुमति देता है।ज़ेनर डायोड के साथ श्रृंखला में एक वर्तमान-सीमित अवरोधक जोड़ें।इस रोकनेवाला का उद्देश्य डायोड के माध्यम से वर्तमान के प्रवाह को नियंत्रित करना है जब यह सक्रिय होता है, अत्यधिक वर्तमान के कारण क्षति को रोकता है और यह सुनिश्चित करना कि सर्किट ओवरवॉल्टेज स्थितियों के तहत स्थिर और सुरक्षित रहता है।

परिचालन उदाहरण

बेहतर शोर घनत्व माप के लिए डिज़ाइन किए गए एक सर्किट पर विचार करें।यहां, एक ज़ेनर डायोड को कम-शोर वाली बिजली की आपूर्ति के बाद रखा जाता है, किसी भी उतार-चढ़ाव को संभालने के लिए ठेठ आपूर्ति वोल्टेज पर एक ब्रेकडाउन वोल्टेज के साथ।ज़ेनर डायोड वोल्टेज स्पाइक्स को अवशोषित करने और बाद के सर्किटों में आउटपुट वोल्टेज को स्थिर करने का कार्य करता है।विभिन्न लोड स्थितियों के तहत ज़ेनर डायोड की रक्षा के लिए एक सावधानीपूर्वक गणना वर्तमान-सीमित अवरोधक का उपयोग किया जाता है और लगातार वोल्टेज आउटपुट सुनिश्चित करता है।

शोर संकेतों को संभालने के लिए, डीसी घटकों को फ़िल्टर करने के लिए एक डीसी अवरुद्ध संधारित्र को शामिल करें और केवल एसी शोर सिग्नल के माध्यम से अनुमति दें, यह सुनिश्चित करें कि यह डीसी हस्तक्षेप से मुक्त है।शोर सिग्नल को तब कम-शोर वाले एम्पलीफायर का उपयोग करके प्रवर्धित किया जाता है और संभवतः बहु-चरण प्रवर्धन के माध्यम से इसकी अखंडता को बदलने के बिना सिग्नल को मजबूत करने के लिए।इस सिग्नल को तब 1KHz और 3kHz के बीच एक बैंडपास फ़िल्टर सेट के माध्यम से पारित किया जाता है, जो केवल लक्ष्य आवृत्ति रेंज के भीतर शोर को अलग करने और मापने के लिए होता है, इस प्रकार पता लगाने और माप में सटीकता सुनिश्चित करता है।

अंत में, सिग्नल को एक सच्चे आरएमएस वोल्टमीटर का उपयोग करके मापा जाता है, जो उच्च सटीकता और स्थिरता प्रदान करता है।ज़ेनर वोल्टेज का सावधानीपूर्वक चयन करके और वर्तमान-सीमित अवरोधक को कॉन्फ़िगर करके, एक ज़ेनर डायोड ओवरवोल्टेज प्रोटेक्शन सर्किट अप्रत्याशित उच्च-वोल्टेज घटनाओं से इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की सुरक्षा के लिए एक मजबूत समाधान प्रदान करता है, इस प्रकार इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के स्थायित्व और स्थिर संचालन को सुनिश्चित करता है।

चित्र 11: शोर घनत्व माप सर्किट में उपयोग किए गए ज़ेनर डायोड

ओवरवॉल्टेज से सर्किट की रक्षा कैसे करें?

अत्यधिक वोल्टेज से माइक्रोकंट्रोलर की तरह संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक घटकों की रक्षा करना सर्किट डिजाइन में महत्वपूर्ण है।आमतौर पर, माइक्रोकंट्रोलर I/O पिन में अधिकतम वोल्टेज सहिष्णुता होती है - अक्सर 5V।इस सीमा से अधिक माइक्रोकंट्रोलर को नुकसान पहुंचाने वाले जोखिमों से अधिक है।इन घटकों की सुरक्षा के लिए एक व्यावहारिक विधि में ज़ेनर डायोड का उपयोग करके एक ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन (OVP) सर्किट का निर्माण करना शामिल है।

एक सर्किट के लिए जहां सामान्य ऑपरेटिंग वोल्टेज 5V के पास है, थोड़ा अधिक ब्रेकडाउन वोल्टेज के साथ एक ज़ेनर डायोड, जैसे कि 5.1V, आदर्श है।यह सुनिश्चित करता है कि सामान्य परिस्थितियों में (5.1V से नीचे वोल्टेज) के तहत, ज़ेनर डायोड गैर-प्रवाहकीय रहता है और सर्किट ऑपरेशन में हस्तक्षेप नहीं करता है।जब इनपुट वोल्टेज 5.1V से अधिक हो जाता है, तो ज़ेनर डायोड सक्रिय हो जाता है, वर्तमान का संचालन करता है और सर्किट घटकों को किसी भी नुकसान को रोकने के लिए वोल्टेज को लगभग 5.1V तक ले जाता है।

डिज़ाइन को मान्य करने के लिए, स्पाइस सॉफ्टवेयर, जैसे कि ताल PSPICE का उपयोग करके OVP सर्किट का अनुकरण करें।वोल्टेज स्रोत (V1), एक वर्तमान-सीमित अवरोधक (R1), और चुने हुए ज़ेनर डायोड (D2) के साथ सिमुलेशन सेट करें।इस परिदृश्य में, परीक्षण के लिए एक 6.8V ज़ेनर डायोड (जैसे, 1N4099) मान लें।यदि V1 का वोल्टेज 6.8V से अधिक है, तो सिमुलेशन को दिखाना चाहिए कि आउटपुट वोल्टेज प्रभावी रूप से लगभग 6.8V या उससे कम तक सीमित है, डायोड की सुरक्षात्मक क्षमता की पुष्टि करता है।

6V के इनपुट वोल्टेज के साथ, आउटपुट स्थिर और इनपुट के करीब रहना चाहिए, जो सामान्य ऑपरेशन का संकेत देता है।6.8V पर, आउटपुट को ज़ेनर वोल्टेज के नीचे थोड़ा संरेखित करना चाहिए, जो डायोड की सगाई और वोल्टेज स्थिरीकरण को दर्शाता है।इनपुट को 7.5V (एक ओवरवॉल्टेज स्थिति) तक बढ़ाने पर, आउटपुट को इनपुट के नीचे, 6.883V के आसपास काफी नीचे रहना चाहिए, ओवरवॉल्टेज के खिलाफ प्रभावी सुरक्षा का प्रदर्शन करना चाहिए।सर्किट की विशिष्ट आवश्यकताओं के आधार पर, 3.3V, 5.1V, 9.1V, या 10.2V जैसे विभिन्न ब्रेकडाउन वोल्टेज के साथ ज़ेनर डायोड को चुना जा सकता है।यह लचीलापन डिजाइनरों को अनुप्रयोग की सटीक आवश्यकताओं के लिए ओवरवॉल्टेज सुरक्षा को दर्जी करने की अनुमति देता है, इष्टतम सुरक्षा सुनिश्चित करता है।

उपयुक्त ज़ेनर डायोड को ध्यान से चुनकर और विभिन्न वोल्टेज स्थितियों के तहत अपने व्यवहार का सटीक अनुकरण करते हुए, डिजाइनर मजबूत ओवरवोल्टेज सुरक्षा सुनिश्चित कर सकते हैं।यह दृष्टिकोण न केवल नाजुक सर्किट घटकों को नुकसान को रोकता है, बल्कि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की समग्र विश्वसनीयता और प्रदर्शन को भी बढ़ाता है।

चित्र 12: ज़ेनर डायोड सर्किट आरेख

उपयुक्त ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन ज़ेनर डायोड का चयन कैसे करें?

ओवरवॉल्टेज सुरक्षा के लिए एक प्रभावी ज़ेनर डायोड चुनने के लिए सभी परिस्थितियों में सर्किट को सुरक्षित और कुशलता से संचालित करने के लिए कुछ महत्वपूर्ण चरणों की आवश्यकता होती है।

उपयुक्त ज़ेनर वोल्टेज का निर्धारण करें

अधिकतम वोल्टेज की पहचान करें जिसे सर्किट को संभालना चाहिए।उदाहरण के लिए, यदि डिज़ाइन निर्दिष्ट करता है कि वोल्टेज 6.8V से अधिक नहीं होना चाहिए, तो 6.8V के ब्रेकडाउन वोल्टेज के साथ एक ज़ेनर डायोड आदर्श होगा।

यदि आवश्यक ज़ेनर वोल्टेज के लिए एक सटीक मैच उपलब्ध नहीं है, तो निकटतम उच्च मूल्य का विकल्प चुनें।उदाहरण के लिए, ओवरवॉल्टेज से 7V के रूप में उच्च के रूप में बचाने के लिए, एक 6.8V ज़ेनर डायोड एक उपयुक्त अनुमानित होगा, प्रभावी रूप से अधिकतम दहलीज के ठीक नीचे वोल्टेज को क्लैंप करना।

लोड और पूर्वाग्रह वर्तमान की गणना करें

वर्तमान की गणना करके शुरू करें जो आमतौर पर लोड के माध्यम से प्रवाहित होगा;मान लीजिए कि यह 50mA है।इस आंकड़े में ज़ेनर डायोड के संचालन के लिए आवश्यक पूर्वाग्रह वर्तमान जोड़ें।यदि Zener डायोड को 10mA के पूर्वाग्रह वर्तमान की आवश्यकता होती है, तो कुल वर्तमान आवश्यकता 60mA (50mA लोड वर्तमान प्लस 10MA पूर्वाग्रह वर्तमान) होगी।

ज़ेनर डायोड के लिए पावर रेटिंग निर्धारित करें

ज़ेनर वोल्टेज और कुल करंट का उपयोग करके पावर अपव्यय की गणना करें।6.8V के Zener वोल्टेज और 60mA की कुल वर्तमान के साथ, बिजली अपव्यय की गणना 6.8V x 0.060A = 0.408 वाट के रूप में की जाएगी।विश्वसनीयता और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए गणना किए गए मूल्य से अधिक पावर रेटिंग के साथ एक ज़ेनर डायोड का चयन करें।500MW रेटिंग के साथ एक डायोड पर्याप्त मार्जिन प्रदान करेगा।

वर्तमान सीमित अवरोधक के मूल्य की गणना करें

अधिकतम वोल्टेज का पता लगाएं जो सर्किट का अनुभव हो सकता है, 13V कहते हैं।अवरोधक के पार वोल्टेज ड्रॉप की गणना करें, जो स्रोत वोल्टेज और ज़ेनर वोल्टेज के बीच का अंतर है: 13V - 6.8V = 6.2V।ओम के नियम का उपयोग करते हुए, आवश्यक प्रतिरोध मूल्य की गणना करें: वोल्टेज ड्रॉप / कुल वर्तमान = 6.2V / 0.060A and 103।आप इसे व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए 100 and की तरह एक मानक रोकनेवाला मूल्य के लिए बंद कर सकते हैं।

ज़ेनर डायोड का पता लगाने की विधि

ज़ेनर डायोड की ध्रुवीयता की पहचान करने के लिए, कोई भी उनकी उपस्थिति की जांच करके शुरू कर सकता है।धातु-एन्कैप्सुलेटेड ज़ेनर डायोड अक्सर अपने अंत चेहरे के आकार के माध्यम से ध्रुवीयता को अलग करते हैं: फ्लैट अंत आमतौर पर सकारात्मक इलेक्ट्रोड को इंगित करता है, जबकि अर्धवृत्ताकार अंत नकारात्मक इलेक्ट्रोड को चिह्नित करता है।प्लास्टिक-एन्कैप्सुलेटेड ज़ेनर डायोड के लिए, नकारात्मक टर्मिनल पर एक रंग चिह्न की तलाश करें, जो ध्रुवीयता के लिए एक त्वरित दृश्य गाइड की पेशकश करता है।

अधिक सटीक विधि के लिए, डायोड परीक्षण के लिए एक मल्टीमीटर सेट का उपयोग करना या कम प्रतिरोध सेटिंग, जैसे कि RX1K, प्रभावी है।मल्टीमीटर जांच को डायोड से कनेक्ट करें - प्रत्येक टर्मिनल से।प्रदर्शित प्रतिरोध पर ध्यान दें, फिर जांच को स्वैप करें और फिर से मापें।सेटअप जो कम प्रतिरोध को दर्शाता है, वह नकारात्मक टर्मिनल पर सकारात्मक और लाल पर काली जांच होगी।दोनों मापों में एक बहुत अधिक या बहुत कम प्रतिरोध यह संकेत दे सकता है कि डायोड क्षतिग्रस्त है और सही ढंग से काम नहीं कर रहा है।

चित्र 13: ज़ेनर डायोड

जब एक ज़ेनर डायोड के वोल्टेज विनियमन मूल्य को मापते हैं, तो एक निरंतर समायोज्य डीसी बिजली की आपूर्ति का उपयोग करना उचित है।13V से नीचे रेट किए गए ज़ेनर डायोड के लिए, बिजली की आपूर्ति 15V पर सेट करें।कैथोड और बिजली की आपूर्ति के सकारात्मक आउटपुट, और एनोड के बीच नकारात्मक आउटपुट के बीच 1.5K and वर्तमान-सीमित अवरोधक के साथ श्रृंखला में डायोड कनेक्ट करें।एक मल्टीमीटर का उपयोग करके डायोड में वोल्टेज को मापें;प्रदर्शित मूल्य डायोड का वोल्टेज विनियमन मान होगा।

चित्र 14: आम ज़ेनर डायोड आकृतियाँ

15V से ऊपर के विनियमन मूल्यों के साथ ज़ेनर डायोड के लिए, सटीक माप सुनिश्चित करने के लिए बिजली की आपूर्ति के उत्पादन को 20V से अधिक तक बढ़ाएं।वैकल्पिक रूप से, उच्च-वोल्टेज ज़ेनर डायोड के लिए, 1000V तक पहुंचाने में सक्षम एक मेगहममीटर का उपयोग किया जा सकता है।मेगोमीटर की सकारात्मक लीड को डायोड के नकारात्मक टर्मिनल और नकारात्मक लीड को सकारात्मक टर्मिनल के लिए कनेक्ट करें।एक सुसंगत गति से Megohmmeter के हैंडल को घुमाएं और एक मल्टीमीटर का उपयोग करके डायोड के पार वोल्टेज को पढ़ें जब तक कि यह डायोड के विनियमन वोल्टेज पर स्थिर न हो जाए।

यदि इन परीक्षणों के दौरान वोल्टेज मूल्य में उतार -चढ़ाव या अस्थिरता देखी जाती है, तो यह संकेत दे सकता है कि डायोड या तो असंगत रूप से प्रदर्शन कर रहा है या क्षतिग्रस्त है, इसके प्रतिस्थापन की आवश्यकता है।

ज़ेनर डायोड पैकेज आकार

चित्र 15: ज़ेनर डायोड पैकेज आयाम

ज़ेनर डायोड के साथ काम करते समय, किसी को उनके भौतिक आयामों और पैकेजिंग से परिचित होना चाहिए।इन डायोड के आयाम आम तौर पर इंच में प्रदान किए जाते हैं, कुछ विनिर्माण मानकों और उद्योग वरीयताओं के बाद, हालांकि मिलीमीटर आयाम भी संदर्भ के लिए उपलब्ध हैं।

पैकेज रूपरेखा विवरण

एक ज़ेनर डायोड के पैकेज के बाहरी आयाम, जिसमें व्यास (बीडी) और लंबाई (बीएल) दोनों शामिल हैं, को निर्दिष्ट सीमाओं के भीतर समायोजित किया जा सकता है।यह लचीलापन विभिन्न अनुप्रयोगों में कस्टम फिटिंग के लिए अनुमति देता है, खासकर जब थर्मल प्रबंधन एक चिंता का विषय है।यदि ज़ेनर डायोड पैकेज में थर्मल पेस्ट शामिल होता है, जिसका उपयोग डायोड से दूर गर्मी चालन को बढ़ाने के लिए किया जाता है, तो इस तत्व को कुल पैकेज आकार में माना जाना चाहिए।हालांकि, व्यास (बीडी) के लिए सामान्य न्यूनतम आकार की बाधाएं थर्मल पेस्ट शामिल होने पर लागू नहीं होती हैं।लंबाई माप (बीएल) को पूरे पैकेज, थर्मल पेस्ट को शामिल करना चाहिए।

पिन व्यास v ariat आयनों

ज़ेनर डायोड में, पिन का व्यास पैकेज के भीतर भिन्न हो सकता है।यह v ariat आयन उन वर्गों में पिन फिनिश या विचलन में किसी भी अनियमितता को समायोजित करता है जिनमें थर्मल पेस्ट शामिल नहीं है।चढ़ाना मोटाई या मामूली विनिर्माण विसंगतियों जैसे कारक पिन आकार में अंतर पैदा कर सकते हैं, जो डिजाइन और विधानसभा प्रक्रियाओं के दौरान विचार करना महत्वपूर्ण है।

व्यास के लिए प्रतीक प्रतिनिधित्व

इंजीनियरिंग डिजाइनों में प्रलेखन और स्थिरता में स्पष्टता सुनिश्चित करने के लिए, ज़ेनर डायोड के लिए चित्र और विनिर्देशों में व्यास का आकार ASME Y14.5M मानक का पालन करता है।यह मानक व्यास का प्रतिनिधित्व करने के लिए "φx" प्रतीक के उपयोग को निर्धारित करता है, इंजीनियरिंग चित्र में एकरूपता और सटीकता को बढ़ावा देता है और विनिर्माण विनिर्देशों में स्थिरता बनाए रखने में मदद करता है।

निष्कर्ष

ज़ेनर डायोड के विकास ने उन्हें आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में अपरिहार्य बना दिया है, विशेष रूप से वोल्टेज विनियमन और ओवरवोल्टेज सुरक्षा में।उनके अद्वितीय ज़ेनर और हिमस्खलन टूटने के गुण उन्हें वोल्टेज में उतार -चढ़ाव को प्रभावी ढंग से संभालने में सक्षम बनाते हैं।सिग्नल डायोड के साथ उनकी संरचनाओं और संचालन की तुलना करना सर्किट डिजाइनों में उनके विशिष्ट अनुप्रयोगों की हमारी समझ को गहरा करता है।हालांकि, जबकि ज़ेनर डायोड कुशल, लागत प्रभावी ओवरवोल्टेज सुरक्षा प्रदान करते हैं, वे उच्च ऊर्जा की खपत और प्रभावी थर्मल प्रबंधन की आवश्यकता जैसी चुनौतियां भी पेश करते हैं।ये मुद्दे ज़ेनर डायोड की पूरी क्षमता का लाभ उठाने के लिए इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिजाइन में चल रहे नवाचार और अनुकूलन के लिए आवश्यकता को उजागर करते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न [FAQ]

1. एक ज़ेनर डायोड किसके लिए उपयोग किया जाता है?

एक ज़ेनर डायोड का उपयोग मुख्य रूप से वोल्टेज विनियमन के लिए किया जाता है, यह सुनिश्चित करता है कि भले ही आपूर्ति वोल्टेज में उतार -चढ़ाव हो, ज़ेनर डायोड में वोल्टेज स्थिर रहता है।इसका उपयोग ओवरवॉल्टेज सुरक्षा के लिए भी किया जाता है, जो वोल्टेज स्पाइक्स से संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स की रक्षा करता है।

2. ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन क्या है?

ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन एक सर्किट प्रोटेक्शन मैकेनिज्म है जो इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नुकसान पहुंचाने से अत्यधिक वोल्टेज को रोकता है।यह सुनिश्चित करता है कि वोल्टेज का स्तर सर्किट के घटकों के लिए सुरक्षित सीमा के भीतर रहे।

3. ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन सर्किट क्या हैं?

ओवरवॉल्टेज प्रोटेक्शन सर्किट अत्यधिक वोल्टेज को घटकों तक पहुंचने और नुकसान पहुंचाने से रोकने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।ये सर्किट आमतौर पर वोल्टेज स्पाइक्स के दौरान वोल्टेज को सुरक्षित स्तरों पर क्लैंप करने के लिए ज़ेनर डायोड, वेरिस्टर, या क्षणिक वोल्टेज सप्रेसर (टीवीएस) डायोड जैसे घटकों का उपयोग करते हैं।

4. एक सामान्य डायोड और एक ज़ेनर डायोड के बीच क्या अंतर है?

मुख्य अंतर रिवर्स वोल्टेज की हैंडलिंग में निहित है।सामान्य डायोड रिवर्स दिशा में वर्तमान को अवरुद्ध करते हैं और यदि रिवर्स वोल्टेज एक निश्चित सीमा से अधिक है तो क्षतिग्रस्त हो सकता है।इसके विपरीत, ज़ेनर डायोड को न केवल रिवर्स करंट को ब्लॉक करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, बल्कि सुरक्षित रूप से आचरण करने के लिए भी किया जाता है जब रिवर्स वोल्टेज एक पूर्व निर्धारित स्तर से अधिक होता है, जिसे बिना नुकसान के ज़ेनर वोल्टेज के रूप में जाना जाता है।

5. ज़ेनर डायोड का कार्य सिद्धांत क्या है?

एक ज़ेनर डायोड वर्तमान को रिवर्स दिशा में प्रवाह करने की अनुमति देकर संचालित होता है जब वोल्टेज अपने ज़ेनर वोल्टेज से अधिक हो जाता है।यह अपने भारी डोपेड पी-एन जंक्शन के कारण है जो एक संकीर्ण कमी क्षेत्र बनाता है।इस जंक्शन पर उच्च विद्युत क्षेत्र ज़ेनर डायोड को क्षतिग्रस्त होने के बिना रिवर्स में आचरण करने की अनुमति देते हैं, जिससे उस पर वोल्टेज स्थिरता बनाए रखती है।इस संपत्ति का उपयोग सर्किट में वोल्टेज विनियमन और सुरक्षा के लिए किया जाता है।