Díode Zener: què és i per a què serveix?

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2024-01-02 13:51

Un díode zener és un díode semiconductor amb propietats úniques. Si un semiconductor ordinari és un aïllant quan es torna a engegar, duu a terme aquesta funció fins a un cert augment de la tensió aplicada, després del qual es produeix una avaria reversible semblant a una allau. Amb un augment més del corrent invers que flueix pel díode zener, la tensió continua sent constant a causa d'una disminució proporcional de la resistència. D'aquesta manera, és possible aconseguir el mode d'estabilització.

En estat tancat, un petit corrent de fuga passa primer pel díode zener. L'element es comporta com una resistència, el valor de resistència de la qual és gran. Durant la ruptura, la resistència del díode zener es torna insignificant. Si continuem augmentant la tensió a l'entrada, l'element comença a escalfar-se i quan el corrent supera el valor permès, unruptura tèrmica. Si no s'hi porta la matèria, quan la tensió canvia de zero al límit superior de l'àrea de treball, es conserven les propietats del díode zener.

Quan un díode zener està encès directament, les característiques són les mateixes que un díode. Quan el més està connectat a la regió p i el menys està connectat a la regió n, la resistència de transició és petita i el corrent flueix lliurement per ella. Augmenta a mesura que augmenta la tensió d'entrada.

Un díode zener és un díode especial connectat principalment en sentit contrari. L'element es troba primer en estat tancat. En cas d'avaria elèctrica, el díode zener de tensió la manté constant en un ampli rang de corrent.

S'aplica un menys a l'ànode i un més al càtode. Més enllà de l'estabilització (per sota del punt 2), es produeix un sobreescalfament i augmenta la probabilitat de fallada de l'element.

Característiques

Els paràmetres de Zener són els següents:

• U_st - tensió d'estabilització al corrent nominal I_st;
• I_{st min - corrent d'inici d'avaria elèctrica mínima;}
• I_{st max - corrent màxim permès;}
• TKN - coeficient de temperatura.

A diferència d'un díode convencional, un díode zener és un dispositiu semiconductor en el qual les regions de ruptura elèctrica i tèrmica estan força allunyades en la característica de tensió actual.

Associat amb el corrent màxim permès és un paràmetre que sovint s'especifica ataules - dissipació de potència:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

La dependència de la temperatura del díode zener pot ser positiva o negativa. En connectar elements en sèrie amb coeficients de signes diferents, es creen díodes zener de precisió que no depenen de la calefacció o la refrigeració.

Esquemes d'inclusió

Circuit típic d'un estabilitzador simple, consisteix en una resistència de llast R_{b i un díode zener que deriva la càrrega.}

En alguns casos, hi ha una infracció de l'estabilització.

1. Submissió a l'estabilitzador d'una gran tensió de la font d'alimentació en presència d'un condensador de filtrat a la sortida. Les pujades de corrent en carregar-lo poden provocar una fallada del díode zener o la destrucció de la resistència R_b.
2. Apagat de càrrega. Quan s'aplica la tensió màxima a l'entrada, el corrent del díode zener pot superar l'admissible, cosa que provocarà la seva calefacció i destrucció. Aquí és important observar la zona segura del passaport de treball.
La
3. Resistència R_{b s'ha seleccionat petita de manera que amb la tensió d'alimentació mínima possible i el corrent màxim permès a la càrrega, el díode zener es trobi a la zona de regulació de treball.}

S'utilitzen circuits de protecció de tiristors o fusibles per protegir l'estabilitzador.

La resistència R_{b es calcula amb la fórmula:}

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

ActualEl díode zener I_st es selecciona entre els valors màxim i mínim permesos, en funció de la tensió d'entrada U_pit i el corrent de càrrega I _n.

Selecció Zener

Els elements tenen una gran dispersió en la tensió d'estabilització. Per obtenir el valor exacte de U_{n, els díodes zener es seleccionen del mateix lot. Hi ha tipus amb un rang de paràmetres més reduït. Amb una gran dissipació de potència, els elements s'instal·len als radiadors.}

Per calcular els paràmetres del díode zener, calen dades inicials, per exemple, aquestes:

• U_{pit=12-15 V - voltatge d'entrada;}
• U_{st=9 V - tensió estabilitzada;}
• R_{n=50-100 mA - càrrega.}

Els paràmetres són típics per a dispositius amb un consum baix d'energia.

Per a una tensió d'entrada mínima de 12 V, el corrent a la càrrega es selecciona com a màxim: 100 mA. Segons la llei d'Ohm, podeu trobar la càrrega total del circuit:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 ohms.}

Al díode zener, la caiguda de tensió és de 9 V. Per a un corrent de 0,1 A, la càrrega equivalent serà:

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

Ara podeu determinar la resistència del llast:

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

Se selecciona de la fila estàndard, on el valor és el mateix que el calculat.

El corrent màxim a través del díode zener es determina tenint en compte la desconnexió de la càrrega perquè no falli si es dessolda algun cable. La caiguda de tensió a través de la resistència serà:

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

Aleshores es determina el corrent a través de la resistència:

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

Com que el díode zener està connectat en sèrie amb ell, I_c=I_{R=0,2 A.}

La dissipació de potència serà P=0,2∙9=1,8 W.

Segons els paràmetres obtinguts, es selecciona un díode Zener D815V adequat.

Díode Zener simètric

El tiristor de díode simètric és un dispositiu de commutació que condueix el corrent altern. Una característica del seu treball és una caiguda de tensió de fins a diversos volts quan s'encén en el rang de 30-50 V. Es pot substituir per dos díodes zener convencionals connectats en contra. Els dispositius s'utilitzen com a elements de commutació.

Analògic d'un díode zener

Quan no és possible trobar un element adequat, fan servir un anàleg d'un díode zener en transistors. El seu avantatge és la possibilitat de regulació de la tensió. Es poden utilitzar amplificadors de corrent continu multietapa per a això.

A l'entrada hi ha instal·lat un divisor de tensió amb una resistència de tall R1. Si la tensió d'entrada augmenta, a partir del transistor VT1 també augmenta. Al mateix temps, augmenta el corrent a través del transistor VT2, cosa que compensa l'augment de tensió, mantenint-lo estable a la sortida.

Marcat de díodes zener

Es fabriquen díodes zener de vidre i díodes zener en caixes de plàstic. En el primer cas, se'ls apliquen 2 números, entre els quals es troba la lletra V. La inscripció 9V1 significa queU_{st=9, 1 V.}

A la caixa de plàstic, les inscripcions es desxifren mitjançant un full de dades, on també podeu conèixer altres paràmetres.

L'anell fosc de la caixa indica el càtode al qual està connectat el plus.

Conclusió

Un díode zener és un díode amb propietats especials. L'avantatge dels díodes zener és un alt nivell d'estabilització de tensió amb una àmplia gamma de canvis de corrent de funcionament, així com esquemes de connexió senzills. Per estabilitzar una petita tensió, els dispositius s'encenen en direcció cap endavant i comencen a funcionar com els díodes normals.