1

THE ZENER DIODE

ซเนอรไดโอด (Zener Diode)

ซเนอรไดโอด (Zener Diode) เปนไดโอดชนดหนงมโครงสรางเหมอนไดโอด คอประกอบข(นมา

จากสารกงตวนา 2 ตอน ชนด P และ N ขาแอโนด (A) และขาแคโถด (K) เชนเดยวกบไดโอด ความแตกตาง

ของซเนอรไดโอดทแตกตางไปจากไดโอดธรรมดาตรงขบวนการผลตซเนอรไดโอด การเตมสารเจอปนลง

ไปในธาตซลกอนมจานวนนอยและจานวนมากกวาปรกต พรอมกบขบวนการผลตเฉพาะ จงไดซเนอร

ไดโอดข(นมาใชงาน

ซเนอรไดโอดจะนาไปใชงานในชวงไบอสกลบทคาเบรคดาวน ทเรยกวา ซเนอร เบรคดาวน (Zener

Berakdown) ซ งมกจะเรยกวาแรงดนซเนอรเบรคดาวน (Zener Berakdown Voltage) เปนคาแรงดนทตว

ซเนอรไดโอดทาการควบคมใหคงทตลอดเวลา

โครงสรางและสญลกษณของซเนอรไดโอด

2

กราฟลกษณะสมบตทางไฟฟาของซเนอรไดโอด

การพงทลายของซเนอร การพงทลายของซเนอรไดโอดแบงออกเปน 2 ชนดคอ การพงทลาย

แบบอะวาเลนซ (Avalanche) คอเมอไดโอดไดรบไบอสกลบแรงดนสงสดจนทาใหมกระแสไหลยอนกลบ

ผานไดโอดจานวนมากทาใหรอยตอของไดโอดทะลและใชงานไมได การพงทลายอกแบบหนงคอ การ

พงทลายแบบซเนอร เปนการพงทลายทเกดข(นกบแรงดนไบอสกลบคาตาๆ ซ งกาหนดไดจากการโดป

สารกงตวนาทใชผลตซเนอรไดโอด การพงทลายแบบซเนอรน( จะมกระแสไหลผานซเนอรไดโอดจานวน

หนง ซ งตองจากดไมใหเกนคาพกดสงสดและจะเกดสภาวะทแรงดนตกครอมซเนอรไดโอดมคาคงทเรยกวา

แรงดนซเนอร คณสมบตขอน(สามารถนาซเนอรไดโอดไปเปนวงจรควบคมแรงดนไฟตรงใหคงทได

3

คณลกษณะของการพงทลาย จากกราฟคณสมบตทางไฟฟาขอแรงดนและกระแสดงรป VZ เปน

แรงดนเบรกดาวนหรอแรงดนซเนอร ในการพงทลายของซเนอรไดโอดเมอไดรบไบอสกลบ เมอเพมแรงดน

ไบอสกลบจนถงคาแรงดนซเนอรจะมกระแสไหลผานซเนอรไดโอดมากข(น ทจดเอยงของกราฟจะมกระแส

ไหลผานซเนอรไดโอดเทากบ IZ (knee current) ซ งเปนกระแสบรเวณเสนโคงดงรปดานบน และถาซเนอร

ไดโอดไดรบแรงดนยอนกลบสงข(นอก กระแสจะเพมข(นแตแรงดนซเนอรจะคงท แตถาเพมกระแสเกนกวา

คากระแสซเนอรสงสด IZm(maximum current) แรงดนซเนอรจะไมคงทและชารดได

กราฟแสดงลกษณะสมบตทางไฟฟาของซเนอรไดโอดเม!อไดรบไบอสกลบ

ดงน(นการนาซเนอรไดโอดไปใชงานในการควบคมใหแรงดนไฟตรงคงทน(น จงตองออกแบบวงจร

ควบคมใหมกระแสไหลผานซเนอรไดโอดอยระหวางคากระแสบรเวณเสนโคง IZK ถงคากระแสสงสด

IZM สาหรบกระแส Izt หมายถง คากระแสทดสอบทแรงดนซเนอรซ งเปนคากระแสตามคาทผผลตกาหนด

ไวในตารางคณสมบตของซเนอรทใชงานทวไป

4

วงจรสมมลของซเนอรไดโอด เนองจากซเนอรไดโอดมคณสมบตรกษาแรงดนคงทเมอไดรบไบอส

กลบ ในทางอดมคต ซเนอรไดโอดจงมวงจรเทยบเทาหรอวงจรสมมลเปนแบตเตอร มขนาดแรงดนไฟตรง

เทากบแรงดนซเนอรไดโอด VZ (Zener Voltage) โดยมข(วบวกของ VZ อยทขาแคโถดและข(วลบอยทขา

แอโนด ดงรป ก. แตในทางปฏบตจะมคาความตานทานภายในรอยตอ (RZ) ของซเนอรไดโอดอยดวย

วงจรสมมลของซเนอรไดโอดในทางปฏบตจงเปนดงรป ข. ซ งคาความตานทานภายในของซเนอรไดโอดน(

สามารถคานวณหาไดจากสมการ ดงน(

วงจรสมมลของซเนอรไดโอด

5

ตารางคณสมบตของซเนอรไดโอด การทจะนาซเนอรไดโอดมาใชงานจาเปนจะตองทราบพกด

ตางๆ ของซเนอรไดโอดเชน แรงดนซเนอร, อตราทนกาลงไฟสงสด ซ งสามารถศกษาไดจากคมอดงแสดง

ในตาราง

เบอร VBR (V) IS (mA) VRWM (V) IR ( A) IRMS (mA) VRMS (V)

1N6267A 6.8 10 5.8 1000 143 10.5

1N6268A 7.5 10 6.4 500 132 11.3

1N6269A 8.2 10 6.02 200 124 12.1

1N6270A 9.1 1 6.78 50 112 13.4

1N6271A 10 1 8.55 10 103 14.5

1N6272A 11 1 9.4 5 96 15.6

1N6273A 12 1 10.2 5 90 16.7

1N6274A 13 1 11.1 5 82 18.2

1N6275A 15 1 12.8 5 71 21.2

VBR (V) หมายถง แรงดน Breakdown Voltage IS (A) หมายถง กระแสทไหลผานซเนอรไดโอดขณะทม RS

VRWM (V) หมายถง แรงดนยอนกลบสงสด

IR ( A) หมายถง กระแสรวไหลสงสด

IRMS (A) หมายถง กระแสไหลยอนกลบไมคงท VRMS (V) หมายถง แรงดนยอนกลบสงสด

6

การใชงานซเนอรไดโอ ซเนอรไดโอดนาไปใชงานหลายอยางเชน วงจรคลป (Clipping Circuit)

วงจรรกษาแรงดนใหคงท (Voltage Regulator Circuit) โดยเฉพาะในวงจรรกษาแรงดนใหคงท ดงรป ใน

การตอใชงานทกคร( งจะตองมความตานทานตออนกรมเสมอ เพอปองกนกระแสไหลผานซเนอรไดโอด (IZ)

เกนคาพกดซ งจะทาใหชารดไดและตวตานทานทใชจะตองมการคานวณหาคาความตานทานทเหมาะสม

วงจรจงจะทางานไดด

7

การทดลอง

การทดลองท 1 วงจรการทางานของซเนอรไดโอดในลกษณะการปอนกลบ

เครองเมอและอปกรณ

1. มลตมเตอร 4 เครอง

2. แหลงจายไฟสาหรบทดลอง 1 เครอง

3. แผงสาหรบทดลอง 1 ชด

4. ตวตานทาน 1 kΩ 1 ตว

5. ซเนอรไดโอด เบอร 1N5236B 1 ตว

8

วธการทดลอง

1. เตรยมเครองมอและอปกรณ ตอวงจรตามรป

2. ปอนไฟ 0-20VDC

3. ตอมลตมเตอรตามรปเพอวดคากระแส และแรงดน

4. บนทกผลการทดลอง

การทดลองท! 1 วงจรการทางานของซเนอรไดโอดในลกษณะการปอนกลบ

9

ผลการทดลองท 1

Vs (V) I1 (mA)

7.48 0

All readings are for Vd just equal to the Zener voltage

12 100.8 14 146.5 16 191.2 18 237 20 288.5

ตารางทไดจากการคาณวน

VS

(V)

Vr

(V)

Vd = Vs-Vr

(V)

Id = Vr1000

Vr

(mA)

Pd = Vd x Id

(mW)

0 0 0 0 0

2 0 2 0 0

4 0 4 0 0

6 0 6 0 0

6.5 0 6.5 0 0

7.0 0 7 0 0

7.5 0.2 7.3 0.2 1.46

8.0 0.8 7.2 0.8 5.76

8.5 1.25 7.25 1.25 9.0625

9.0 1.75 7.25 1.75 12.6875

10.0 2.8 7.2 2.8 20.16

15.0 7.6 7.4 7.6 56.24

20.0 12.6 7.4 12.6 93.24

10

สรปผลการทดลองท 1

จากการทดลอง เมอปอนแรงดนไฟฟากระแสตรงใหวงจรตามคาตางๆทกาหนดให ตวซเนอร

ไดโอดจะเรมนากระแสและรกษาระดบแรงดนท Vs = 7.5VDC เนองจากคณสมบตของซเนอรไดโอดเบอร

น( มแรงดนซเนอรท 7.5 V จงเรมนากระแสต(งแตจดน( เปนตนไปเมอปอน Vs เกนแรงดนของซเนอรแรงดน

จะไปตกครอมทตวตานทานทตออนกรมแทน ดงน(นแรงดนทตวซเนอรไดโอดจงมคาคงทโดยประมาณ 7.5

V ตามคณสมบตของซเนอรไดโอดซงสามารถนาไปทาเปนวงจรรกษาระดบแรงดนใหคงทได

11

การทดลองท 2 วงจรซเนอรเรกกเรเตอร

เครองเมอและอปกรณ

1. มลตมเตอร 3 เครอง

2. แหลงจายไฟสาหรบทดลอง 1 เครอง

3. แผงสาหรบทดลอง 1 ชด

4. ตวตานทาน 33Ω ,27Ω 2 ตว (คาละ 1 ตว)

5. ตวตานทานปรบคาได 220Ω 1 ตว

6. ซเนอรไดโอด เบอร 1N5236B 1 ตว

12

วธทดลอง

1. เตรยมเครองมอและอปกรณ ตอวงจรตามรป

2. ปอนไฟ 0-15 VDC

3. ตอมลตมเตอรตามรปเพอวดคากระแส และแรงดน

4. บนทกผลการทดลอง

การทดลองท! 2 วงจรซเนอรเรกกเรเตอร

13

ผลการทดลองท 2

Vs (V) I1 (mA)

20 127 All readings are for Id just equal

to 200mA 19 108

18 89

17 72

16 53

15 33

14

สรปผลการทดลองท 2

จากการทดลอง เมอปอนแรงดนไฟฟากระแสตรงใหวงจรตามคาตางๆทกาหนดให ตวซเนอร

ไดโอด จะมแรงดนตกครอมตวซเนอรไดโอดคงท7.5 V และมโหลดเปนตวตานทาน 27 Ω ซ งม VR ปรบคา

ไดเปนตวปรบเพอเปนวงจรแบงแรงดนทตกครอม ตวตานทาน 27 Ω