Zener Diode Characteristics
LEARNING OUT COMES
A) To observe and draw the static characteristics of a Zener diode
B) To find the regulation characteristics of a given Zener diode
EQUIPMENT AND MATER IALS
1. Zener diode
2. Regulated Power Supply (0-30v)
3. Voltmeter (0-20v)
4. Ammeter (0-100mA) 5. Resistor (1kΩ)
6. Bread Board
7. Connecting wires
DESCRIPTION
A Zener diode is heavily doped p-n junction diode, specially made to operate in the break down region. A p-n junction diode normally does not conduct when reverse biased. But if the reverse bias is increased, at a particular voltage it starts conducting heavily. This voltage is called Break down Voltage. High current through the diode can permanently damage the device To avoid high current, we connect a resistor in series with Zener diode. Once the diode starts conducting it maintains almost constant voltage across the terminals whatever may be the current through it, i.e., it has very low dynamic resistance. It is used in voltage regulators.
نواتج التعلم (Learning Outcomes)
أ) ملاحظة ورسم الخصائص الاستاتيكية (السكونية) لدايود زينر.
ب) إيجاد خصائص تنظيم الجهد (Voltage Regulation Characteristics) لدايود زينر المعطى.
الأجهزة والمواد المطلوبة (Equipment and Materials)
دايود زينر (Zener Diode).
مزود طاقة منظم (Regulated Power Supply) بمدى 0–30 فولت.
فولتميتر (Voltmeter) بمدى 0–20 فولت.
أميتر (Ammeter) بمدى 0–100 مللي أمبير.
مقاومة (Resistor) قيمتها 1 كيلو أوم (1 kΩ).
لوحة تجارب (Breadboard).
أسلاك توصيل (Connecting Wires).
الوصف (Description)
دايود زينر (Zener Diode) هو دايود وصلة PN مُطَعَّم بدرجة عالية، ويُصنع خصيصًا للعمل في منطقة الانهيار (Breakdown Region).
في الظروف العادية، لا يسمح دايود الوصلة PN بمرور التيار عند توصيله بانحياز عكسي (Reverse Bias). ولكن عند زيادة الجهد العكسي تدريجيًا، يصل إلى قيمة معينة يبدأ بعدها في توصيل تيار كبير. وتُعرف هذه القيمة باسم جهد الانهيار (Breakdown Voltage).
قد يؤدي مرور تيار كبير خلال الدايود إلى تلفه بشكل دائم، ولذلك يتم توصيل مقاومة على التوالي (Series Resistor) مع دايود زينر للحد من التيار المار خلاله.
وبمجرد أن يبدأ دايود زينر في التوصيل، فإنه يحافظ على جهد شبه ثابت بين طرفيه بغض النظر عن مقدار التيار المار فيه، أي أنه يمتلك مقاومة ديناميكية منخفضة جدًا (Very Low Dynamic Resistance).
ولهذا السبب يُستخدم دايود زينر على نطاق واسع في دوائر تنظيم وتثبيت الجهد (Voltage Regulators).
PROCEDURE
Part A: Static characteristics:
1. Connections are made as per the circuit diagram of Fig. 4.1
2. The Regulated power supply voltage is increased such that Vz increases in steps of 0.1v .
3. The zener current (lz), and the zener voltage (Vz.) are observed and then noted in the Table4.1
4. A graph is plotted between zener current (Iz) and zener voltage (Vz) as shown in Fig. 4.3
Part B: Regulation characteristics:
1. The voltage regulation of any device is usually expressed as percentage regulation
2. The percentage regulation is given by the formula
percentage regulation = ((VNL-VFL)/VFL)X100
VNL=Voltage across the diode, when no load is connected
VFL = Voltage across the diode when the load is connected.
3. Connections are made as per the circuit diagram of Fig. 4.2. Supply input voltage VE = 10V and note down the voltage Vz, which is termed VNL.
4. Now place a load of 10kΩ across the diode, keeping VE = 10V, and note down the voltage V2, which is termed VFL.
5. The above step is repeated by decreasing the value of the load in 1kΩ increments.
6. All the readings are noted in Table 4.2.
7. The percentage regulation is calculated using the above formula
الإجراءات (Procedure)
الجزء (أ): الخصائص الاستاتيكية (Static Characteristics)
يتم توصيل الدائرة كما هو موضح في الشكل (4.1).
يتم زيادة جهد مزود الطاقة المنظم تدريجيًا بحيث يزداد جهد زينر (Vz) بمقدار 0.1 فولت في كل خطوة.
يتم قياس تيار زينر (Iz) وجهد زينر (Vz) وتسجيل القراءات في الجدول (4.1).
يتم رسم منحنى بياني يوضح العلاقة بين تيار زينر (Iz) وجهد زينر (Vz) كما هو موضح في الشكل (4.3).
الجزء (ب): خصائص تنظيم الجهد (Regulation Characteristics)
يُعبَّر عن تنظيم الجهد لأي جهاز عادةً على هيئة النسبة المئوية لتنظيم الجهد (Percentage Regulation).
تُحسب النسبة المئوية لتنظيم الجهد باستخدام المعادلة:
[
\text{Percentage Regulation}=
\left(\frac{V_{NL}-V_{FL}}{V_{FL}}\right)\times100
]
حيث:
(V_{NL}) = الجهد عبر الدايود عند عدم توصيل حمل (No Load).
(V_{FL}) = الجهد عبر الدايود عند توصيل الحمل (Full Load).
يتم توصيل الدائرة كما هو موضح في الشكل (4.2)، ثم يُضبط جهد مصدر التغذية على (V_E = 10) فولت، ويُقاس الجهد عبر دايود زينر (V_Z) ويُسجل، ويُسمى (V_{NL}).
يتم بعد ذلك توصيل حمل مقداره 10 كيلو أوم (10 kΩ) على التوازي مع الدايود مع الإبقاء على (V_E = 10) فولت، ثم يُقاس الجهد عبر الدايود (V_Z) ويُسجل، ويُسمى (V_{FL}).
تُكرر الخطوة السابقة مع تقليل قيمة مقاومة الحمل بمقدار 1 كيلو أوم (1 kΩ) في كل مرة.
تُسجل جميع القراءات في الجدول (4.2).
تُحسب النسبة المئوية لتنظيم الجهد باستخدام المعادلة السابقة.
