Diodo Zener: cos'è ea cosa serve?

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

Un diodo zener è un diodo a semiconduttore con proprietà uniche. Se un normale semiconduttore è un isolante quando viene riacceso, svolge questa funzione fino a un certo aumento della tensione applicata, dopo di che si verifica un guasto reversibile simile a una valanga. Con un ulteriore aumento della corrente inversa che scorre attraverso il diodo zener, la tensione continua a rimanere costante a causa di una diminuzione proporzionale della resistenza. In questo modo è possibile ottenere la modalità di stabilizzazione.

Nello stato chiuso, una piccola corrente di dispersione passa prima attraverso il diodo zener. L'elemento si comporta come un resistore, il cui valore di resistenza è grande. Durante la rottura, la resistenza del diodo zener diventa trascurabile. Se continuiamo ad aumentare la tensione in ingresso, l'elemento inizia a riscaldarsi e quando la corrente supera il valore consentito, un irreversibileripartizione termica. Se la questione non viene affrontata, quando la tensione cambia da zero al limite superiore dell'area di lavoro, le proprietà del diodo zener vengono preservate.

Quando un diodo zener viene acceso direttamente, le caratteristiche sono le stesse di un diodo. Quando il più è collegato alla regione p e il meno è collegato alla regione n, la resistenza di transizione è piccola e la corrente scorre liberamente attraverso di essa. Aumenta all'aumentare della tensione di ingresso.

Un diodo zener è un diodo speciale collegato principalmente nella direzione opposta. L'elemento è il primo nello stato chiuso. In caso di guasto elettrico, il diodo zener di tensione lo mantiene costante su un ampio intervallo di corrente.

Un meno viene applicato all'anodo e un più al catodo. Oltre la stabilizzazione (sotto il punto 2), si verifica un surriscaldamento e aumenta la probabilità di guasto dell'elemento.

Caratteristiche

I parametri Zener sono i seguenti:

• U_st - tensione di stabilizzazione alla corrente nominale I_st;
• I_{st min - corrente di avvio minima per interruzione elettrica;}
• I_{st max - corrente massima consentita;}
• TKN - coefficiente di temperatura.

A differenza di un diodo convenzionale, un diodo zener è un dispositivo a semiconduttore in cui le regioni di rottura elettrica e termica sono abbastanza distanti sulla caratteristica corrente-tensione.

Associato alla corrente massima consentita è un parametro spesso specificato intabelle - dissipazione di potenza:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

La dipendenza dalla temperatura del diodo zener può essere positiva o negativa. Collegando elementi in serie con coefficienti di segno diverso, si creano diodi zener di precisione che non dipendono da riscaldamento o raffreddamento.

Schemi di inclusione

Tipico circuito di un semplice stabilizzatore, costituito da una resistenza di zavorra R_{b e un diodo zener che devia il carico.}

In alcuni casi si verifica una violazione della stabilizzazione.

1. Sottomissione allo stabilizzatore di una grande tensione dalla fonte di alimentazione in presenza di un condensatore di filtraggio in uscita. I picchi di corrente durante la carica possono causare il guasto del diodo zener o la distruzione del resistore R_b.
2. Spegnimento del carico. Quando viene applicata la tensione massima all'ingresso, la corrente del diodo zener può superare quella consentita, il che comporterà il suo riscaldamento e distruzione. Qui è importante osservare l'area del passaporto di lavoro sicuro.
3. Resistenza R_{b è selezionata piccola in modo che alla tensione di alimentazione minima possibile e alla corrente massima consentita al carico, il diodo zener sia nella zona di regolazione di lavoro.}

I circuiti di protezione a tiristori oi fusibili vengono utilizzati per proteggere lo stabilizzatore.

Resistore R_{b è calcolato dalla formula:}

R_b=(U_pit - U_nom)(Ist _{+ I}n_).

Correnteil diodo zener I_st è selezionato tra i valori massimo e minimo consentiti, a seconda della tensione di ingresso U_pit e della corrente di carico I _n.

Selezione Zener

Gli elementi hanno un'ampia diffusione nella tensione di stabilizzazione. Per ottenere il valore esatto di U_{n, i diodi zener vengono selezionati dallo stesso lotto. Esistono tipi con un intervallo di parametri più ristretto. Con un'elevata dissipazione di potenza, gli elementi sono installati sui radiatori.}

Per calcolare i parametri del diodo zener sono necessari i dati iniziali, ad esempio questi:

• U_{pit=12-15 V - tensione di ingresso;}
• U_{st=9 V - tensione stabilizzata;}
• R_{n=50-100 mA - carico.}

I parametri sono tipici per dispositivi a basso consumo energetico.

Per una tensione di ingresso minima di 12 V, la corrente sul carico viene selezionata al massimo - 100 mA. Secondo la legge di Ohm, puoi trovare il carico totale del circuito:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

Al diodo zener, la caduta di tensione è di 9 V. Per una corrente di 0,1 A, il carico equivalente sarà:

R_{eq=9 V / 0,1 A=90 Ohm.}

Ora puoi determinare la resistenza della zavorra:

R_{b=120 Ohm - 90 Ohm=30 Ohm.}

Viene selezionato dalla riga standard, dove il valore è uguale a quello calcolato.

La corrente massima attraverso il diodo zener viene determinata tenendo conto della disconnessione del carico in modo che non si rompa se un filo viene dissaldato. La caduta di tensione attraverso il resistore sarà:

U_{R=15 - 9=6 B.}

Quindi viene determinata la corrente attraverso il resistore:

I_{R=6/30=0, 2 LA.}

Poiché il diodo zener è collegato in serie con esso, I_c=I_{R=0.2 A.}

La dissipazione di potenza sarà P=0,2∙9=1,8 W.

Secondo i parametri ottenuti, viene selezionato un diodo Zener adatto D815V.

Diodo zener simmetrico

Il tiristore a diodo simmetrico è un dispositivo di commutazione che conduce corrente alternata. Una caratteristica del suo lavoro è una caduta di tensione fino a diversi volt quando viene accesa nell'intervallo 30-50 V. Può essere sostituita da due diodi zener convenzionali controcollegati. I dispositivi vengono utilizzati come elementi di commutazione.

Analogico di un diodo zener

Quando non è possibile trovare un elemento adatto, usano un analogo di un diodo zener sui transistor. Il loro vantaggio è la possibilità di regolazione della tensione. A questo scopo è possibile utilizzare amplificatori CC multistadio.

All'ingresso è installato un partitore di tensione con una resistenza di trimming R1. Se la tensione di ingresso aumenta, sulla base del transistor VT1 aumenta anche. Allo stesso tempo, aumenta la corrente attraverso il transistor VT2, che compensa l'aumento della tensione, mantenendola così stabile all'uscita.

Marcatura dei diodi zener

Si producono diodi zener in vetro e diodi zener in custodie di plastica. Nel primo caso vengono applicati 2 numeri, tra i quali si trova la lettera V. La scritta 9V1 significa cheU_{st=9, 1 V.}

Sulla custodia di plastica, le iscrizioni vengono decifrate utilizzando un foglio dati, dove puoi anche scoprire altri parametri.

L'anello scuro sulla custodia indica il catodo a cui è collegato il plus.

Conclusione

Un diodo zener è un diodo con proprietà speciali. Il vantaggio dei diodi zener è un elevato livello di stabilizzazione della tensione con un'ampia gamma di variazioni della corrente operativa, nonché semplici schemi di connessione. Per stabilizzare una piccola tensione, i dispositivi vengono accesi in avanti e iniziano a funzionare come normali diodi.