ツェナー ダイオード。 PN接合とツェナーダイオードの違い

ツェナーダイオードはどのようなものに、なぜ使われるのかを教え...

ツェナー ダイオード

サージとESD 静電気放電 は過渡的な高電圧で、条件によっては非常に危険なノイズです。 サージやESDの影響は、そのレベルが機器や回路の許容レベルであれば誤動作程度で済むかも知れませんが、許容範囲をはるかに超えた高電圧である場合が少なくありません。 その場合は一瞬にして部品や機器が破壊に至ります。 図は、サージの電圧と幅のイメージをマップしたものです。 以下にサージとESDについて説明します。 雷によるサージは、直撃雷サージと誘導雷サージにわけることができます。 直撃雷に対する保護は困難ですが、誘導雷に対しては保護対策が可能です。 誘導雷は、近隣の落雷により電源ラインや通信ケーブルなどの比較的長い配線に誘導される高電圧サージです。 その発生については、雷雲の電界によって電線に誘導された電荷が落雷により放電する、また、落雷の電流により生じる磁界が電線に誘導起電力を発生させるなどが考えられています。 前出の図が示すように、直撃雷サージほどではないにしても誘導雷サージは、電気・電子部品を簡単に破壊する大きなエネルギーを持っているので対策が必要です。 開閉サージの電圧は非常に高く、場合によってはスパークが生じたり、インダクタンスと接点の浮遊静電容量による大きな減衰振動電流よって熱や電磁波を放出したりします。 この高電圧サージは、電子回路の誤動作や場合によっては部品の破壊の原因になります。 また、減衰振動の電磁波の放出はEMIとなりますので、開閉サージを抑制する対策が必要です。 エンジンの作動によりオルタネータ バッテリ充電用発電機 がバッテリを充電している状態で、バッテリへの接続が途絶えた場合が最悪ケースとなります。 サージ電圧の大きさは、切断の瞬間におけるオルタネータの回転速度と磁界の励磁強度によって決まります。 サージ電圧は100Vを超える場合があり、時間は数百ミリ秒になります。 このサージは大きなエネルギーを持つので、容易に電子部品を破壊します。 許容しなければならないロードダンプは、自動車メーカーや車載機器メーカーなどが、最大電圧、ラインインピーダンス、持続期間を規定しています。 また、ロードダンプの試験として、JASO A-1 日本 やISO-7637-2 Pulse 5 米国 などがあります。 ESDは、時間が短くエネルギーとしては小さいのですが、数キロボルト台に及ぶ一過性の過渡的な高電圧のため、電子回路の誤動作を誘発したり電子部品にダメージを与えたりします。 ESDに関しては、人体モデルやマシンモデルなどの評価や試験方法が一般的に利用されています。 また、これらの想定に基づく対策部品を利用することで保護が可能です。 これらは両端子間の電圧が低い場合には電気抵抗が高いものの、ある程度以上に電圧が高くなると急激に電気抵抗が低くなる性質を持ちます。 この性質を利用し、電気回路に高電圧のサージが加わった場合に電流をバイパスすることでサージの回路内への侵入を防ぎます。 図2 バリスタの電圧電流特性 図3 バリスタの電圧抑制イメージ図 図4 は電源回路をバリスタによって誘導雷サージから保護する場合の事例です。 バリスタを電源の入力側ラインに並列接続すると、数千ボルトの誘導雷サージが侵入した場合でもバリスタによって電圧が制限され、電源回路には部品の破壊や劣化を招かないレベルまで減衰した電圧が加わります。 パナソニックは、世界で初めてセラミックバリスタを世に送り出したメーカーで、優れたセラミック材料設計とプロセス技術、そしてデバイス設計と生産技術により数多くの実績を持っています。 ツェナーダイオードに匹敵する優れた電圧非直線特性と、他に類を見ない大きな耐電流特性を併せ持っています。 電圧安定化、パルス電圧の抑制、開閉サージ電圧の吸収および雷サージからの保護など、幅広いアプリケーションに対応します。 スペック項目 解 説 バリスタ電圧 [V] 原則としてDC1 mA を通電したときの部品の両端電圧値です。 これはバリスタが動作する電圧の目安となる値です。 最大許容回路電圧 [V] 連続して印加できる商用周波数正弦波電圧実効値の最大値,又は直流電圧の最大値です。 最大制限電圧 [V] サージ電圧が印加された時,バリスタが制限する電圧値を制限電圧と呼び、個々のカタログではこの最大値として最大制限電圧を規定します。 サージ電流耐量 [A] バリスタがどの程度のサージ電流に耐えられるかを表します。 安全規格 雷サージを受ける部品に対しては、UL 北米 ,CSA カナダ ,IEC 欧州 ,CQC 中国 など、各国で安全規格が規定されており、その国ではこれに適合する部品を使用する必要があります。 図7 チップバリスタの外観と基本構造 パナソニックのチップバリスタは、以下の特長を持っています。 独自のセラミック材料、プロセス技術により、高信頼性、高ESD抑制効果、高ESD耐量、高サージ耐量。 図8 チップバリスタの使用機器 図9 チップバリスタの使用回路例 ESDサプレッサ ESDサプレッサは、ギャップタイプのESD 静電気放電 対策部品です。 静電容量の極小化により高速信号ラインへの使用に適しています。 図10 ESDサプレッサの外観と基本構造 前述のチップバリスタと比較し静電容量が非常に小さい点が特性上の大きな違いになります。 電圧-電流特性は、数キロボルト台に及ぶESDの性質に対応する特性になっています。 静電容量が0. 05pF以下 0603、1005サイズ と非常に小さいことから、高速差動信号回路の伝送特性や高周波回路での挿入損失にほとんど影響を与えません。 【伝送特性】 図12 高速差動信号回路の伝送特性 ESDサプレッサの使用例 ESDサプレッサの使用例としては以下があります。 モバイル電子機器のアンテナ回路 GPS、NFCなど• 高速差動信号回路 USB2. 0、HDMI1. ツェナーダイオードとは 置換えメリットの前に、まずツェナーダイオードとはどういうものかについて、簡単に説明します。 ツェナーダイオードの電圧・電流特性を図14に示します。 ツェナーダイオード単体ではマイナス側の電圧のみ電圧制限効果がありますが、2個を逆向きに直列接続するとバリスタと同様に双方向の電圧制限効果が得られます。 バリスタに対するメリットとしては、保護動作電圧が低電圧 数ボルト から設定が可能であることです。 なお、ツェナーダイオード2個接続を1つの部品の中で行い、双方向ツェナーダイオードとして商品化されていますが、それでもバリスタより形状で不利です。 メリット1:小形/軽量化・実装面積削減 前述のようにツェナーダイオードでサージ対策を行う場合は3個の部品を使用する必要がありますが、バリスタでは1個の部品で代替できるため、大幅な小形/軽量化や実装面積の削減ができます。 また、ESD対策の例では、0. メリット2:ESD耐量/サージ電流耐量の向上 図16は、上記と同じく0. 2Wのツェナーダイオードとチップバリスタ 1005サイズ のESD耐量とサージ電流耐量の比較です。 チップバリスタへの置き換えによって、ESDとサージ電流耐量が向上することがわかります。 図16 ツェナーダイオードとバリスタのESD耐量とサージ電流耐量の比較 ESD対策部品まとめ ESD対策部品として、チップバリスタ、ESDサプレッサ及びツェナーダイオードについて述べてきましたが、それぞれの部品の違いや特長について表2にまとめました。 表2 ESD対策部品3種類の比較 また、それぞれのESD対策部品のアプリケーション対応範囲について図17にまとめました。 図17 ESD対策部品3種類のアプリケーション対応範囲 この記事に関する製品情報•

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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を使ってみよう!

ツェナー ダイオード

ツェナーダイオードの温度特性 ツェナーダイオード 定電圧ダイオード のツェナー電圧は温度によって変化します。 温度特性で特徴的なのはツェナー電圧の大きさによって、 正の温度係数を持つツェナーダイオードもあれば 負の温度係数を持つツェナーダイオードもあることです。 具体的には、ツェナー電圧が5V付近を境界とし、 5V付近よりもツェナー電圧が高いものは正の温度係数を持つため、温度が上昇するとツェナー電圧が増加します。 一方、 5V付近よりもツェナー電圧が低いものは負の温度係数を持つため、温度が上昇するとツェナー電圧が減少します。 また、 ツェナー電圧が5V付近のツェナーダイオードは正の温度係数と負の温度係数がお互いに打ち消し合うため、温度変化が小さくなります。 5V付近を境界として温度係数の正負が切り替わる理由は、ツェナーダイオードは トンネル効果と アバランシェ効果で機能する素子だからです。 アバランシェ効果は正の温度係数を持っており、 トンネル効果は負の温度係数を持っています。 そのため、 5V付近よりもツェナー電圧が高いものはアバランシェ効果が支配的となるので正の温度係数になり、 5V付近よりもツェナー電圧が低いものはトンネル効果が支配的となるので負の温度係数となります。 ツェナー電圧が5V付近では温度係数が小さいため、基準電圧として使用されるツェナーダイオードは5V付近のものが多くなっています。 ツェナーダイオードの温度補償について ツェナー電圧が5Vを超えるツェナーダイオードは 正の温度係数を持っています。 そのため、温度補償をするためには 負の温度係数を持つ素子を直列に接続する必要があります。 一般的なダイオードの順方向電圧やトランジスタのベースエミッタ間電圧は約0. 6~0. 7Vとなっており、負の温度係数 約-2. したがって、 正の温度係数を持つツェナーダイオードに 負の温度特性を持ったダイオードを直列に接続することで、温度係数を打ち消すことができます。 ダイオード1つで温度係数を打ち消すことができない場合には、直列接続するダイオードの数を増やします。 この際、直列接続したダイオード1個により約0. 6~0. 7V電圧が上がるのを考慮する必要があります。 例えば、8. 2Vのツェナーダイオードに3つダイオードを接続した場合、8. また、温度特性を良くするために、温度係数が小さいツェナー電圧が5V付近のツェナーダイオードを直列に接続するのも良く用いられる方法です。 まとめ この記事ではツェナーダイオードの温度特性について、以下の内容を説明しました。

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