ツェナー ダイオード。 ツェナーダイオードの温度特性について!

ツェナーダイオード(33V/500mW) 1N5257B|電子部品・半導体通販のマルツ

ツェナー ダイオード

PN接合とツェナーダイオードの主な違いは、PN接合ダイオードが 電流を許可 でのみ通過する 順方向一方、 ツェナーダイオード 許可します 現在 両方に流れる 順方向と逆方向 方向。 PN接合とツェナーダイオード間の他の違いは比較表に示されています。 の PN接合ダイオード のために使用されます 整流 電流を流すことができるからです。 一方向にのみ。 それは順方向電流のみを通過させることができるタイプのスイッチです。 一方、ツェナーダイオードは順方向と逆方向の両方の電流を通過させます。 の ツェナーダイオード として使用されます 電圧レギュレータ なぜなら、それは電源から負荷へ一定の電圧を供給し、その電圧は十分な範囲にわたって変動するからである。 内容:PN接合対ツェナーダイオード• 比較表 比較基準 PN接合ダイオード ツェナーダイオード 定義 一方向、すなわち順方向にのみ伝導するのは半導体ダイオードである。 電流が順方向と逆方向の両方に流れることを可能にするダイオード、このようなタイプのダイオードはツェナーダイオードとして知られている。 シンボル 逆電流効果 接合部を損傷してください。 接合部を損傷しないでください。 ドーピングレベル 低い 高い 壊す より高い電圧で発生します。 低電圧で発生します。 オームの法則 従う 従わないでください。 アプリケーション 修正のために 電圧安定装置、電動機保護および波形整形。 PN接合ダイオードの定義 PN接合ダイオードは半導体で構成されています素材。 それは常に一方向に行われ、それゆえ整流のために使用されます。 PN接合ダイオードは2つの端子、すなわち陽極と陰極を有する。 電流は陽極から陰極に流れる。 PN接合ダイオードは、順バイアスで接続されています。 PN接合ダイオードの記号表示は上の図に示されています。 矢印の頭はダイオードの正の電位を表し、バーはダイオードの負の電位を表します。 PN接合ダイオードはP型とN型合金化のプロセスによって接合される半導体材料。 したがって、ダイオードの両端は異なる特性を有する。 電子は、N型材料の多数電荷キャリアであり、正孔は、p型半導体材料の多数電荷キャリアである。 p型材料とn型材料の両方が出会う領域は、空乏領域として知られている。 この領域では電子と正孔が互いに結合するため、この領域に自由電子はありません。 空乏領域は非常に薄く、それは電流が流れないようにしてください。 順方向バイアスが接合部に印加されると、PN接合部は導通を開始します。 順方向バイアスとは、P型材料が電池の正端子に接続され、N型材料が負電源に接続されることを意味する。 順方向バイアスは電界を発生させるこれにより、PN接合ダイオードの空乏領域が減少します。 電位障壁が完全に減少すると、それは電流の流れのための伝導経路を作り出す。 そのため、大電流が流れ始め、この電流を順方向電流と呼びます。 ツェナーダイオードの定義 ツェナーダイオードはシリコン材料でできています。 これはブレークダウン領域で動作する特別なタイプのダイオードです。 ツェナー電圧に達すると、順方向と逆方向の両方に電流を流すことができます。 ツェナーダイオードは、高濃度にドープされたp型およびn型材料によって作られている。 すなわち、イオン濃度は材料中でより高い。 逆電圧が材料、空乏層が減少します。 薄い空乏領域のために、電界の濃度は高い。 逆電圧の値が増加すると、イオンは電子から出て空乏領域を導電性にする。 この空乏領域の破壊はツェナー破壊と呼ばれ、破壊が起こる電圧はツェナー電圧として知られる。 PN接合とツェナーダイオードの主な違い 以下は、PN接合とツェナーダイオードの主な違いです。 一方向にのみ伝導する半導体は、PN接合ダイオードとして知られている。 そしてツェナーダイオードは降伏領域で動作するように最適化されたシリコンダイオードである。 ダイオード損傷を流れる逆電流PN接合ダイオード。 ダイオードが逆バイアスで接続されていると、ダイオードに逆電流が流れます。 逆バイアスは、p型材料が電源の負端子に接続され、n型材料が電源の正端子に接続されることを意味する。 しかしツェナーダイオードは電流が両方向に流れることを可能にします。 PN接合ダイオードのドーピングレベルが低いツェナーダイオードと比較して。 空乏領域の幅はそれらのドーピングレベルに依存する。 ダイオードのドーピングレベルが高い場合、それらの空乏領域は低く、その逆もまた同様である。 PN接合ダイオードの降伏は高電圧で発生します一方、PN接合ダイオードでは低電圧レベルで発生します。 破壊は、空乏領域を導電性にする現象である。 高濃度ドープダイオードは、低空乏領域を有する。 PN接合はオームの法則に従うが、ツェナーはダイオードはオームの法則に従いません。 オームの法則によると、ダイオードにかかる電圧はダイオードにかかる電流と抵抗の積に等しいという。 PN接合ダイオードは主に整流目的に使用され、一方ツェナーダイオードは電圧が変化する負荷に定電圧を供給するために使用される。 結論 PN接合ダイオードとツェナーダイオード半導体材料で構成されています。 それらは、電流伝導のそれらの特性によって区別される。 PN接合は、低濃度にドープされており、順方向バイアスによってのみ排除される大きな空乏領域を有する。 そしてツェナーダイオードは高濃度にドープされており、薄い空乏化をしているので、低バイアスでも伝導が容易になります。

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ツェナー ダイオード

電圧を操作しよう! ツェナーダイオードとは別名定電圧ダイオードと言い、目的の電圧を作る時に使用する電子部品です。 電子回路を作っていると、5Vでしか動かない電子部品があるのに12VのACアダプタしか持っていなかったり、回路の中にモジュール3. 3V・マイコン5V・モーター12Vという感じで複数の電源が必要になる事があります。 それぞれの出力電圧に対応したACアダプタを用意するのも1つの手ですが、電子回路の中で目的の電圧を作ることが出来れば見た目やコスト的に非常にスマートな回路にする事ができます。 必要な電圧を作る方法はいくつかありますが、そのなかで最も一般的な方法がツェナーダイオードと呼ばれる電子部品を使う方法です。 これは電圧を下げる降圧にしか使えませんが、ツェナーダイオードと抵抗1本だけで必要な電圧を自由に得る事ができるため非常に便利な電子部品です。 今回使用する表面実装用のツェナーダイオード ROHMのUDZV5. 表面実装用のツェナーダイオードのため非常に小さいが、手でもはんだ付けできるアキシャルリードタイプのツェナーダイオードもある。 ツェナーダイオードの基本的な使い方 ツェナーダイオードを使った基本回路。 左の端子に電源を接続すると、右端子にツェナー電圧に応じた電圧を取ることが出来る。 ツェナーダイオードは抵抗1本と組み合わせることで目的の電圧を得る事が出来ます。 ツェナーダイオードにはそれぞれ品名ごとにツェナー電圧という作り出せる電圧の値が決まっていて、データシート上でそれを確認することが出来ます。 ツェナーダイオードのデータシート。 赤枠内のツェナー電圧Vzに注目すると、ツェナー電圧ごとにラインナップされていることがわかる。 購入するときは欲しい電圧に対応した品名のツェナーダイオードを選ぼう(画像はROHMの 今回使用するツェナーダイオードには5Vを取り出すことができるROHMのUDZV5. 1Bを使用しています。 UDZVシリーズは5mA程度の電流を流すとツェナー電圧を取り出すことが出来ます。 ツェナー電圧には様々な種類がありなどの電子部品通販サイトではツェナー電圧はもちろん、様々なパッケージサイズのツェナーダイオードが取り扱われています。 今回は抵抗と5Vのツェナーダイオードを使った検証回路を作ってみました。 ツェナーダイオードと抵抗で構成した基本回路。 真ん中のピンから5Vの電圧を取り出すことができる。 電源をつないで0Vから10Vまで入力電圧を変化させて確認してみると、ツェナーダイオードの特性によってツェナー電圧である5Vを取り出せている様子がわかります。 作成したツェナー基本回路の動作確認。 入力 下・白線 電圧を0Vから10Vまで変化させてオシロスコープで電圧の変化を測定している。 出力 上・黄線)は5V以上上昇せず、ツェナー電圧を取り出せていることがわかる。 ツェナーダイオードで簡単な電源回路を作ってみよう! 先ほどの基本回路にトランジスタを追加した簡易的な電源回路。 右側の出力端子にはツェナー電圧と同じ電圧が現れる さて、先ほどの基本回路で取り出した5Vはそのまま使えるのかと言われればそうではありません、ツェナーダイオードと抵抗だけの基本回路だと大きな電力を扱うことはできないのです。 そこで、ツェナーダイオードで作り出した5Vをトランジスタに肩代わりさせることで、より大きな電力を流せるような回路に作り直してみます。 トランジスタを追加する場合には• ツェナーダイオードの動作が安定するように十分な電流を流す• 電流に余裕を持ったトランジスタを選定する この2点に注意します。 特に、大電流が必要な場合は余裕をもった大容量のトランジスタにしないと回路が焼けてしまうので注意しましょう。 実際にユニバーサル基板上に回路を構成してみたところ。 ツェナーダイオードの5V電圧をトランジスタが受け取ってより大きな電流を扱えるようにした この回路はツェナーダイオードの電圧をトランジスタのエミッタフォロワでドライブすることで、 ツェナー基本回路よりも大きな電流を流すことができます。 もちろん、入力電圧を変化させても出力は常に一定の5Vになります。 トランジスタを追加して5V出力させている回路。 オシロスコープで電圧の変化を測定している。 基本回路の時と同じように入力電圧が変化しても出力は5V以上上昇しない。 トランジスタでドライブしているため出力側に負荷をつなげても安定して5Vを出力できる。 なお実際に電源回路として大電流で使用する場合には帰還や補償・保護回路の追加などを行う必要があります。 この回路は検証用の最小構成なので注意してください。 [応用] ツェナーダイオードの許容電力を大きくする方法 一般的なツェナーダイオードは許容電力1W以下のものがほとんどです。 大半の用途ではこれくらいの許容電力があれば十分なのですが、ごくまれに数Wクラスのツェナーダイオードが必要になるときもあります。 中には数Wの許容電力に対応した 大容量ツェナー(パワーツェナー)もありますが、これは高価で入手性も悪いため、個人が購入するにはちょっと難があります。 どうしても大きな許容電力のツェナーダイオードが必要な場合は下の図のようにトランジスタを取り付けると、容量の小さいツェナーダイオードでも許容電力が大きいパワーツェナーと同じように使うことができます。 小さなツェナーでも大きなツェナーと同等に扱えるので、覚えておくといいでしょう。 (特性は若干変わります) ツェナーの許容電力を大きくする等価回路。 この回路を使うことによってツェナーの特性をそのままにしてトランジスタがツェナーのようにふるまう。 サージ対策にも使えるツェナーダイオード ツェナーダイオードの特性は回路を保護する電子部品としても使用することができます。 ツェナーダイオードを保護したい電子部品と並列に入れることで、サージや静電気の影響を小さくすることができます。 現在では、サージ対策だとより信頼性の高い 過渡電圧サプレッサ TVS ダイオードが使われることが多いようです。 ツェナーダイオードのノイズ対策 非常に便利なツェナーダイオードですが、注意点としてツェナーは ノイズの原因となる電子部品ということを覚えておかなければいけません。 ツェナーダイオードから発生する ノイズの量はツェナー電圧が高いほど大きくなり、電流量が大きいほど小さくなります。 ツェナーダイオードと並列にコンデンサを挿• ツェナー電圧の低いツェナーを直列に複数本入れる• ツェナーダイオードに流す電流を多くする などのノイズ対策法がよく採用されます。 まとめ ツェナーダイオードを使うと簡単に目的の電圧を作り出すことが出来ます。 回路の中に基準電圧を作ったり、別の電圧ラインが必要になった時などで少ない回路構成で済ませることができるので非常に重宝します。 今でこそ3端子レギュレータなどの電源ICを使って手軽に定電源を作れるようになりましたが、実際には電源の容量や安定性、更にはコストなどの理由もあり、すべての電源を電源ICだけで対応させるというわけにもいきません。 まだまだ、ツェナーダイオードを使う機会というのは数多く遭遇します。 今回、手持ちのツェナーダイオードが表面実装のものしかなかったので、ちょっと無理してユニバーサル基盤に表面実装用のツェナーダイオードを実装してみました。 もちろん、アキシャルリードタイプのツェナーダイオードもあるので、電子工作などで使う場合では表面実装のツェナーダイオードを使う必要はありません。 などはツェナー電圧のほかパッケージ形状・許容電力など様々なツェナーダイオードを探すことができます。 このROHMのUDZVシリーズは回路シミュレーションなどに使うSPICEモデルも提供されているため、実際の電源回路の設計においてシミュレーションができるのは非常に便利です。 また表面実装のはんだ付けも慣れれば案外簡単です。

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ツェナーダイオード(定電圧ダイオード)

ツェナー ダイオード

コンセントから出てきた交流電圧をそのまま電子機器に使うことはできません。 一つには電子回路が直流で駆動するため、そしてもう一つには商用電源の電圧は高すぎるためです。 さらに言うと、電子機器内には様々な電子回路が内蔵されていますが、それぞれで必要とする電圧は異なります。 任意の安定した電圧を得るために電源回路を設けなくてはいけませんが、回路が複雑になってしまい、設計や工作するのは結構大変。 そこで活躍するのが ツェナーダイオードです。 このツェナーダイオードを一つ組み込むだけで、 常に一定した電圧を回路に送り込むことができるのです。 この記事では、ツェナーダイオードの原理や仕組み、特性、用途などを徹底解説いたします! 目次• ツェナーダイオードとは? ツェナーダイオードは、 定電圧を取り出すための電子部品です。 ダイオードと言うと、 電流をある一定の方向にしか流さない電子部品を指しますね。 ダイオードの陽極のことをアノード、陰極のことをカソードと呼び、アノード側からカソード側にかけてはある数値以上の電圧が印加されると電流が流れるものの、逆方向、つまりカソード側からアノード側にかけては電流が流れません。 この作用を 整流作用と呼び、電源回路内で、コンセントから供給された電源電圧を整流するための用途としてしばしば用いられてきました。 このダイオード、逆方向に電圧印加をすると破壊されてしまうこともあります。 なぜなら逆方向にある数値以上の高電圧を印加した場合、電流が急激に流れ出してしまうためです。 この現象を 降伏 こうふく 現象と呼び、 電流は増加していきますが、電圧はほぼ一定に保たれる、という特性を持ちます。 これを利用したのが ツェナーダイオードとなります。 なお、定電圧が保たれる効果をツェナー効果と呼び、この際の出力電圧をダイオードの降伏電圧、あるいはツェナー電圧と言います。 1934年、物理学者のクラレンス・ツェナーによって発見されました。 前述の通り、電源回路は非常に複雑な構成をしています。 現在ではレギュレータなども幅広くラインナップされていますが、ダイオードの安価さや小型軽量化の容易さなどから、ツェナーダイオードが活躍しています。 この接合面には空乏層が発生し、自由電子と正孔が打ち消し合った、電気の運び手がいない状態となっています。 ここにp型半導体から出ているアノード端子に電圧印加をすると正孔が空乏層に移動し、かつ自由電子も空乏層側に移動するため電気の運び手ができ、電流が流れます。 しかしながらn型半導体から出ているカソード端子側から逆方向に電圧を印加しても、自由電子と正孔の移動の向きが逆になるため電流は流れません。 しかしながら前述の通り、逆方向電圧がある数値まで上がった電圧が印加されると、大きな電流が流れるようになります。 そのためツェナーダイオードを回路に接続する時は、 通常のダイオードとは異なり逆方向に電圧が印加されるように設計する必要があります。 この現象は、 トンネル効果と呼ばれるものが要因です。 トンネル効果はある障壁 ここでは空乏層 を超え、トンネルを抜けるように反対側にある現象が現れる効果を言いますが、ダイオードは添加物を工夫することで、この効果をより顕著に得ることが可能です。 p型半導体もn型半導体も純粋なシリコン結晶ではなく、価電子の数の異なる不純物を添加させて形成されています。 不純物を大量に転嫁させることで電子の移動を補い、逆方向電圧が印加された場合でも電流が流れやすくなっている、という仕組みです。 このトンネル効果によって流れた電流量は増加しますが、印加する電圧を上げていっても出力電圧はあまり変わりません。 つまり、 ツェナーダイオードによって降伏電圧は決まっている、ということです。 例えば5Vの定電圧が欲しい時、降伏電圧が5Vに設定されたツェナーダイオードを購入することとなります。 印加する電圧を上げたからと言って電圧降下値が変わることはありません。 前述の通り添加物によってトンネル効果を演出するため比較的緻密に降伏電圧を設定することができ、そのため非常に多くの種類のツェナーダイオードがラインナップされています。 6V以下の定電圧を出す目的が多くなりますが、中には200Vの定電圧を採るものも。 また、誤差の少ない高精度製品も少なくありません。 一方で値の異なるツェナーダイオードを複数回路に接続すると、所望の電圧が得られない場合もあるので、工作したい電子回路にあった製品を選びましょう。 なお、先ほど逆方向に電圧印加を行うとダイオードに電流が流れる現象をトンネル効果で解説しましたが、もう一つ アバランシェ効果も関係しています。 これは ダイオード内で、急激に自由電子が増加する現象です。 電子がダイオードを構成する原子と衝突して衝突電離と呼ばれる事象を引き起こし、自由電子として放出されていきます。 自由電子が増えたことで電荷の担い手が増え、結果として空乏層を超えて電流が流れるようになる、というわけです。 ツェナーダイオードはトンネル効果もアバランシェ効果も原理・仕組みに関与していますが、一般的には低電圧のツェナーダイオードにはトンネル効果が、高電圧のツェナーダイオードではアバランシェ効果がより大きく関係してきます。 ツェナーダイオードの特性 ツェナーダイオードの特性について解説いたします。 まず、ツェナー効果は一般的に電圧降下を起こして任意の定電圧を採る仕組みとなるため、 昇圧を行うことはできません。 また、ツェナーダイオードを語るうえで、 温度特性を忘れてはいけません。 温度特性とは温度変化によって特性を変える性質のことですが、ツェナーダイオードはツェナー電圧によってこの温度特性が変わる、という特徴を持ちます。 と言うのも、トンネル効果は負の温度係数を持っており、アバランシェ効果は正の温度係数を持っているのですが、これによってツェナー電圧が低いもの 一般的には5V程度より下 は周囲温度が上昇するとツェナー電圧が低下します。 一方アバランシェ効果によくみられるツェナー電圧が高いもの 一般的には5V程度より上 は周囲温度が上昇するとツェナー電圧が増加します。 なお、5V程度のツェナーダイオードになると、トンネル効果とアバランシェ効果がともに作用してツェナー現象を引き起こしているため、温度特性も同程度となり、周囲温度によってツェナー電圧が影響を受けづらいという特性を持ちます。 近年では温度特性の低いツェナーダイオードも開発されてきましたが、高電圧下においてはまだ無視できるものではありません。 ただし、正の温度係数を持ったツェナーダイオードに負の温度係数を持ったダイオードを直列接続することで、 温度係数を解消することが可能です。 そしてツェナーダイオードの特性として気を付けなくてはいけないのが、 ノイズの原因となる、ということ。 このノイズは、ツェナー電圧が高いほど大きくなり、電流量が大きいほど小さくなる傾向にあります。 これを防ぐためには、一つの大きなツェナーダイオードを用いるのではなく、 ツェナー電圧が低い複数素子を直列接続することで解決できます。 例えば15Vの電圧が欲しい場合は、5Vのツェナーダイオードを三つ接続した方がノイズ低減に役立つ、ということです。 また、ツェナーダイオードにコンデンサを並列接続することで、 ノイズ除去を行う方法も用いられます。 ツェナーダイオードの用途 何度か言及しているように、ツェナーダイオードは高電圧から所望の定電圧を取り出すために用いられる電子部品です。 また、電圧を安定化させるためにも重要な役割を果たします。 その用途例の最も有名なものは シャントレギュレータでしょう。 加えて、 保護回路としても一役買ってくれます。 ツェナーダイオードの原理は降圧です。 そのためサージや静電気の発生などで過電流が流れ込みそうになった時でも、ツェナー効果で所定の定電圧に換えることで影響を最小限にとどめることができます。 この時、保護したい電子部品とツェナーダイオードは並列に接続されることが一般的です。 このように、様々な用途を持つツェナーダイオードは、前述したツェナー電圧のみならず 形状やサイズに豊富な種類を持ちます。 中には表面実装型の、小型軽量なものもラインナップされてきました。 使い方も抵抗と組み合わせるだけ、というシンプルなものであるため 大電力下で使うとなるとトランジスタなどを挟むことがしばしばですが 、ぜひこの機会にツェナーダイオードを知っておきましょう。

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