Dioda Zener - ce este și pentru ce este?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 14:01

O diodă zener este o diodă semiconductoare cu proprietăți unice. Dacă un semiconductor obișnuit este un izolator atunci când este pornit din nou, atunci acesta îndeplinește această funcție până la o anumită creștere a tensiunii aplicate, după care are loc o defecțiune reversibilă asemănătoare avalanșei. Odată cu o creștere suplimentară a curentului invers care curge prin dioda zener, tensiunea continuă să rămână constantă datorită scăderii proporționale a rezistenței. În acest fel, este posibil să obțineți modul de stabilizare.

În starea închisă, un curent de scurgere mic trece mai întâi prin dioda zener. Elementul se comportă ca un rezistor, a cărui valoare a rezistenței este mare. În timpul defecțiunii, rezistența diodei zener devine neglijabilă. Dacă continuăm să creștem tensiunea la intrare, elementul începe să se încălzească și atunci când curentul depășește valoarea admisibilă, un ireversibildefalcare termică. Dacă materia nu este adusă la ea, când tensiunea se schimbă de la zero la limita superioară a zonei de lucru, proprietățile diodei zener sunt păstrate.

Când o diodă zener este pornită direct, caracteristicile sunt aceleași ca și o diodă. Când plusul este conectat la regiunea p, iar minusul este conectat la regiunea n, rezistența de tranziție este mică și curentul curge liber prin ea. Crește pe măsură ce tensiunea de intrare crește.

O diodă zener este o diodă specială conectată mai ales în direcția opusă. Elementul este primul în stare închisă. În cazul unei defecțiuni electrice, dioda Zener de tensiune o menține constantă pe o gamă largă de curent.

Se aplică un minus anodului și un plus catodului. Dincolo de stabilizare (sub punctul 2), are loc supraîncălzirea și crește probabilitatea defecțiunii elementului.

Funcții

Parametrii Zener sunt după cum urmează:

• U_st - tensiune de stabilizare la curentul nominal I_st;
• I_{st min - curent minim de pornire a defecțiunii electrice;}
• I_{st max - curent maxim permis;}
• TKN - coeficient de temperatură.

Spre deosebire de o diodă convențională, o diodă zener este un dispozitiv semiconductor în care regiunile de defecțiune electrică și termică sunt destul de îndepărtate în funcție de caracteristica curent-tensiune.

Asociat cu curentul maxim admisibil este un parametru adesea specificat întabele - putere disipată:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Dependența de temperatură a diodei zener poate fi pozitivă sau negativă. Prin conectarea elementelor în serie cu coeficienți de semne diferite, se creează diode zener de precizie care nu depind de încălzire sau răcire.

Scheme de includere

Circuit tipic al unui stabilizator simplu, constă dintr-o rezistență de balast R_{b și o diodă zener care deturnează sarcina.}

În unele cazuri, există o încălcare a stabilizării.

1. Supunerea la stabilizator a unei tensiuni mari de la sursa de alimentare în prezența unui condensator de filtrare la ieșire. Creșterile de curent la încărcare pot cauza defectarea diodei Zener sau distrugerea rezistenței R_b.
2. Oprire încărcare. Când se aplică tensiunea maximă la intrare, curentul diodei zener poate depăși pe cel admisibil, ceea ce va duce la încălzirea și distrugerea acesteia. Aici este important să respectați zona sigură pentru pașapoarte de muncă.
3. Rezistența R_{b este selectată mică, astfel încât la tensiunea de alimentare minimă posibilă și curentul maxim admisibil la sarcină, dioda zener să fie în zona de reglare de lucru.}

Circuite de protecție a tiristoarelor sau siguranțe sunt folosite pentru a proteja stabilizatorul.

Rezistorul R_{b este calculat prin formula:}

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

Actualdioda zener I_st este selectată între valorile maxime și minime permise, în funcție de tensiunea de intrare U_pit și de curentul de sarcină I _n.

Selectare Zener

Elementele au o extindere mare a tensiunii de stabilizare. Pentru a obține valoarea exactă a U_{n, diodele zener sunt selectate din același lot. Există tipuri cu o gamă mai restrânsă de parametri. Cu putere mare de disipare, elementele sunt instalate pe calorifere.}

Pentru a calcula parametrii diodei zener, sunt necesare date inițiale, de exemplu, acestea:

• U_{pit=12-15 V - tensiune de intrare;}
• U_{st=9 V - tensiune stabilizată;}
• R_{n=50-100 mA - încărcare.}

Parametrii sunt tipici pentru dispozitivele cu consum redus de energie.

Pentru o tensiune de intrare minimă de 12 V, curentul de pe sarcină este selectat la maxim - 100 mA. Conform legii lui Ohm, puteți găsi sarcina totală a circuitului:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 ohmi.}

La dioda Zener, căderea de tensiune este de 9 V. Pentru un curent de 0,1 A, sarcina echivalentă va fi:

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

Acum puteți determina rezistența balastului:

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

Este selectat din rândul standard, unde valoarea este aceeași cu cea calculată.

Curentul maxim prin dioda zener se determină ținând cont de deconectarea sarcinii, astfel încât să nu se defecteze dacă vreun fir este dezlipit. Căderea de tensiune pe rezistor va fi:

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

Apoi se determină curentul prin rezistor:

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

Deoarece dioda zener este conectată în serie cu ea, I_c=I_{R=0,2 A.}

Disiparea puterii va fi P=0,2∙9=1,8 W.

În funcție de parametrii obținuți, este selectată o diodă Zener D815V potrivită.

Diodă Zener simetrică

Tiristorul cu diode simetrice este un dispozitiv de comutare care conduce curentul alternativ. O caracteristică a activității sale este o cădere de tensiune de până la câțiva volți atunci când este pornit în intervalul de 30-50 V. Poate fi înlocuit cu două diode zener convenționale contraconectate. Dispozitivele sunt folosite ca elemente de comutare.

Analog al unei diode zener

Când nu este posibil să găsești un element potrivit, folosesc un analog al unei diode zener pe tranzistoare. Avantajul lor este posibilitatea de reglare a tensiunii. Pentru aceasta pot fi folosite amplificatoare DC cu mai multe trepte.

La intrare este instalat un divizor de tensiune cu o rezistență de reglare R1. Dacă tensiunea de intrare crește, pe baza tranzistorului VT1 crește și ea. În același timp, crește curentul prin tranzistorul VT2, ceea ce compensează creșterea tensiunii, menținându-l astfel stabil la ieșire.

Marcarea diodelor zener

Se produc diode zener din sticlă și diode zener în carcase de plastic. În primul caz, li se aplică 2 numere, între care se află litera V. Inscripția 9V1 înseamnă căU_{st=9, 1 V.}

Pe carcasa de plastic, inscripțiile sunt descifrate folosind o fișă de date, unde puteți afla și alți parametri.

Inelul întunecat de pe carcasă indică catodul la care este conectat plusul.

Concluzie

O diodă zener este o diodă cu proprietăți speciale. Avantajul diodelor zener este un nivel ridicat de stabilizare a tensiunii cu o gamă largă de modificări ale curentului de funcționare, precum și scheme simple de conectare. Pentru a stabiliza o tensiune mică, dispozitivele sunt pornite în direcția înainte și încep să funcționeze ca diode obișnuite.