ซีเนอร์ไดโอด(ZENER DIODE)ซีเนอร์ไดโอด เป็นไดโอดชนิดหนึ่งซึ่งการทำงานตรงกันข้ามกับไดโอดซิลิกอนธรรมดาทั่วไป นั่นคือ เมื่อนำไปใช้งานจะต้องต่อแบบรีเวอร์สให้กับไดโอดชนิดนี้
หากป้อนไฟแบบฟอเวอร์ส จะนำกระแสได้เป็นปกติเหมือนไดโอดซิลิกอนทั่วไปไม่มีคุณสมบัติพิเศษใดๆเกิดขึ้น คุณสมบัติเฉพาะตัวของซีเนอร์ไดโอดนั้นคือ เมื่อป้อนแรงดันกลับ(รีเวอร์ส) ให้กับซีเนอร์ไดโอดแล้ว หากแรงดันมีค่าถึงจุดที่เรียกว่า ซีเนอร์เบรคโอเวอร์(zener break over) ซีเนอร์จะนำกระแสทันที และจะมีแรงดันตกคร่อมที่ตัวมัน ไม่เกินค่าแรงดันเบรคโอเวอร์นี้ ไม่ว่าไฟที่ป้อนมาจะสูงกว่าก็ตาม คุณสมบัตินี้จึงนิยมนำมาทำเป็นวงจรรักษาระดับแรงดันเป็นส่วนมากเพราะอุปกรณ์ที่ใช้มีไม่กี่ตัว ราคาก็ถูก เพียงแต่วงจรแบบนี้จะจ่ายกระแสได้ไม่มากเท่าที่ควร
รูปที่1.ซีเนอร์ไดโอดและสัญลักษณ์
จากวงจร โดยปกติซีเนอร์จะมีอัตราทนกระแสไม่มากนัก จึงต้องมีตัวต้านทานเป็นตัวช่วยในการจำกัดกระแสไว้เพื่อให้ซีเนอร์สามารถทำงานได้อย่างไม่มีปัญหาด้วยเหตุนี้วงจรแบบนี้จึงจ่ายกระแสที่นำไปใช้งานได้ไม่มากนัก การออกแบบวงจรต้องออกแบบโดยให้ตัวต้านทานมีอัตราการทนกำลังวัตต์ที่สัมพันธ์กับกระแสของซีเนอร์และกระแสโหลดนั่นเอง
รูปที่2.ตัวอย่างวงจรเรกูเลเตอร์หรือวงจรรักษาระดับแรงดัน
การออกแบบวงจรจากรูปตัวอย่างหากต้องการออกแบบสามารถคำนวณอย่างง่ายได้ ตัวอย่างเช่น หากเราต้องการใช้งานแรงดัน 12 โวลต์ จ่ายกระแสสูงสุดได้ 1A แต่เรามีแหล่งจ่ายไฟสูงถึง 15 โวลต์ เราสามารถออกแบบและคำนวณตัวต้านทานที่จะนำมาใช้ได้ดังนี้ คือ เลือกใช้ซีเนอร์ไดโอดขนาด 12V 1W(สามารถเลือกขนาดวัตต์ได้ตามความเหมาะสมของวงจร)
คำนวณตัวต้านทานได้จากสมการที่1
สมการที่1 R=(Vin-Vout)/Imax
R คือ ตัวต้านทานที่นำมาใช้,Vin คือ แรงดันป้อนเข้า,Vout คือ แรงดันใช้งาน,Imax คือ กระแสรวมของวงจร
สมการที่2 Imax=(ILoad+Izener)
ILoad คือ กระแสใช้งาน, Izener คือ กระแสของซีเนอร์
สมการที่3 Izener = Pzener/Vzener
Pzener คือ อัตราทนกังลังวัตต์ของซีเนอร์ ,Vzener คือแรงดันของซีเนอร์
เริ่มจากการคำนวณสมการที่3 ,2 ,1 ตามลำดับ
Izener = 1W/12V
Izener = 83.3 mA
Imax = 1A+0.083A
Imax = 1.083A
*** R = (15V-12V)/1.083A
R = 2.7 Ohm
ค่าทนกำลังวัตต์ของตัวต้านทานหาได้จาก
Pr = (Imax) x R
Pr = 1.083 x 2.7
Pr = 2.92 watt
ตัวต้านทานที่มีขายในทองตลาดส่วนใหญ่มีให้เลือกตั้งแต่ 1/4วัตต์, 1วัตต์, 2วัตต์, 3วัตต์, 5วัตต์ จากการคำนวณให้เลือกที่ 3วัตต์หรือ 5 วัตต์
ค่าที่ออกแบบได้ทั้งหมด คือ ซีเนอร์ขนาด 12V 1W, 2.7Ohm 3-5watt ในการใช้งานจริงจะต้องมีตัวเก็บประจุต่อไว้ที่ Vout เพื่อกรองไฟให้เรียบด้วย โดยให้มีค่าแรงดันที่ตัวเก็บประจุสูงกว่าค่า Vout เป็นหนึ่งเท่าตัว
หากป้อนไฟแบบฟอเวอร์ส จะนำกระแสได้เป็นปกติเหมือนไดโอดซิลิกอนทั่วไปไม่มีคุณสมบัติพิเศษใดๆเกิดขึ้น คุณสมบัติเฉพาะตัวของซีเนอร์ไดโอดนั้นคือ เมื่อป้อนแรงดันกลับ(รีเวอร์ส) ให้กับซีเนอร์ไดโอดแล้ว หากแรงดันมีค่าถึงจุดที่เรียกว่า ซีเนอร์เบรคโอเวอร์(zener break over) ซีเนอร์จะนำกระแสทันที และจะมีแรงดันตกคร่อมที่ตัวมัน ไม่เกินค่าแรงดันเบรคโอเวอร์นี้ ไม่ว่าไฟที่ป้อนมาจะสูงกว่าก็ตาม คุณสมบัตินี้จึงนิยมนำมาทำเป็นวงจรรักษาระดับแรงดันเป็นส่วนมากเพราะอุปกรณ์ที่ใช้มีไม่กี่ตัว ราคาก็ถูก เพียงแต่วงจรแบบนี้จะจ่ายกระแสได้ไม่มากเท่าที่ควร
รูปที่1.ซีเนอร์ไดโอดและสัญลักษณ์
จากวงจร โดยปกติซีเนอร์จะมีอัตราทนกระแสไม่มากนัก จึงต้องมีตัวต้านทานเป็นตัวช่วยในการจำกัดกระแสไว้เพื่อให้ซีเนอร์สามารถทำงานได้อย่างไม่มีปัญหาด้วยเหตุนี้วงจรแบบนี้จึงจ่ายกระแสที่นำไปใช้งานได้ไม่มากนัก การออกแบบวงจรต้องออกแบบโดยให้ตัวต้านทานมีอัตราการทนกำลังวัตต์ที่สัมพันธ์กับกระแสของซีเนอร์และกระแสโหลดนั่นเอง
รูปที่2.ตัวอย่างวงจรเรกูเลเตอร์หรือวงจรรักษาระดับแรงดัน
การออกแบบวงจรจากรูปตัวอย่างหากต้องการออกแบบสามารถคำนวณอย่างง่ายได้ ตัวอย่างเช่น หากเราต้องการใช้งานแรงดัน 12 โวลต์ จ่ายกระแสสูงสุดได้ 1A แต่เรามีแหล่งจ่ายไฟสูงถึง 15 โวลต์ เราสามารถออกแบบและคำนวณตัวต้านทานที่จะนำมาใช้ได้ดังนี้ คือ เลือกใช้ซีเนอร์ไดโอดขนาด 12V 1W(สามารถเลือกขนาดวัตต์ได้ตามความเหมาะสมของวงจร)
คำนวณตัวต้านทานได้จากสมการที่1
สมการที่1 R=(Vin-Vout)/Imax
R คือ ตัวต้านทานที่นำมาใช้,Vin คือ แรงดันป้อนเข้า,Vout คือ แรงดันใช้งาน,Imax คือ กระแสรวมของวงจร
สมการที่2 Imax=(ILoad+Izener)
ILoad คือ กระแสใช้งาน, Izener คือ กระแสของซีเนอร์
สมการที่3 Izener = Pzener/Vzener
Pzener คือ อัตราทนกังลังวัตต์ของซีเนอร์ ,Vzener คือแรงดันของซีเนอร์
เริ่มจากการคำนวณสมการที่3 ,2 ,1 ตามลำดับ
Izener = 1W/12V
Izener = 83.3 mA
Imax = 1A+0.083A
Imax = 1.083A
*** R = (15V-12V)/1.083A
R = 2.7 Ohm
ค่าทนกำลังวัตต์ของตัวต้านทานหาได้จาก
Pr = (Imax) x R
Pr = 1.083 x 2.7
Pr = 2.92 watt
ตัวต้านทานที่มีขายในทองตลาดส่วนใหญ่มีให้เลือกตั้งแต่ 1/4วัตต์, 1วัตต์, 2วัตต์, 3วัตต์, 5วัตต์ จากการคำนวณให้เลือกที่ 3วัตต์หรือ 5 วัตต์
ค่าที่ออกแบบได้ทั้งหมด คือ ซีเนอร์ขนาด 12V 1W, 2.7Ohm 3-5watt ในการใช้งานจริงจะต้องมีตัวเก็บประจุต่อไว้ที่ Vout เพื่อกรองไฟให้เรียบด้วย โดยให้มีค่าแรงดันที่ตัวเก็บประจุสูงกว่าค่า Vout เป็นหนึ่งเท่าตัว