La base per un funzionamento affidabile ea lungo termine delle apparecchiature elettroniche è una tensione di alimentazione stabile. Per questo vengono utilizzati alimentatori stabilizzati. Possiamo dire che l'elemento principale che determina il livello di tensione di uscita dell'alimentatore è un dispositivo a semiconduttore: un diodo zener. Può essere sia la base di uno stabilizzatore lineare che un elemento di soglia nel circuito di retroazione di un alimentatore a commutazione. In questo articolo lo racconteremo ai lettori del sito Elettricista in persona sul dispositivo e sul principio di funzionamento del diodo zener.
Contenuto:
- Cos'è
- Caratteristiche principali
- Designazione grafica convenzionale sui diagrammi
- Schema di collegamento
- Marcatura
Cos'è
La letteratura fornisce la seguente definizione:
Il diodo Zener o diodo Zener è un dispositivo progettato per stabilizzare la tensione nei circuiti elettrici. Funziona con polarizzazione inversa in modalità di ripartizione. Prima dell'inizio della rottura, ha un'elevata resistenza alla transizione. Le correnti che fluiscono in questo caso sono insignificanti. Sono ampiamente utilizzati nell'elettronica e nell'ingegneria elettrica.
In parole povere, il diodo Zener è progettato per stabilizzare la tensione nei circuiti elettronici. È incluso nel circuito nella direzione opposta. Quando la tensione supera la tensione di stabilizzazione, si verifica una rottura elettrica reversibile della giunzione pn. Non appena scende al valore nominale, il guasto si interrompe e il diodo zener si chiude.
La figura seguente è un diagramma grafico per i manichini per capire come funziona il diodo Zener.
I principali vantaggi sono il basso costo e le piccole dimensioni. L'industria produce dispositivi con una tensione di stabilizzazione di 1,8 - 400 V in custodie in metallo, ceramica o vetro. Dipende dalla potenza per cui è progettato il diodo zener e da altre caratteristiche.
Per stabilizzare la tensione ad alta tensione da 0,4 a diverse decine di kV, vengono utilizzati diodi zener a scarica ad incandescenza. Hanno un corpo in vetro e sono stati utilizzati negli stabilizzatori parametrici prima dell'avvento dei dispositivi a semiconduttore.
I dispositivi che cambiano la loro resistenza a seconda della tensione applicata hanno proprietà simili - queste sono varistori. La differenza tra un diodo zener e un varistore è che quest'ultimo ha caratteristiche simmetriche bidirezionali. Ciò significa che, a differenza dei diodi, non ha polarità. In breve, il varistore è progettato per fornire protezione da sovratensione circuiti elettronici.
I soppressori vengono utilizzati per proteggere l'apparecchiatura da picchi di tensione. La differenza tra un diodo zener e un soppressore è che il primo cambia gradualmente la sua resistenza interna a seconda della tensione applicata. Il secondo, al raggiungimento di una certa soglia di tensione, si apre immediatamente. Quelli. la sua resistenza interna tende a zero. Lo scopo principale dei soppressori è proteggere l'apparecchiatura da sbalzi di tensione.
La figura seguente mostra una designazione grafica convenzionale (UGO secondo GOST) di un semiconduttore e la sua caratteristica corrente-tensione.
Nella figura, i numeri indicano la sezione 1-2. Funziona ed è progettato per stabilizzare la tensione nei circuiti. Se il dispositivo è acceso in avanti, funzionerà come un normale diodo.
Ti consigliamo di guardare il seguente video per studiare più in dettaglio il principio di funzionamento del diodo zener, la designazione degli elementi e la loro area di applicazione.
Caratteristiche principali
Quando si progettano gli alimentatori, si dovrebbe essere in grado di calcolare e selezionare correttamente l'elemento necessario in base ai valori. Un diodo zener selezionato in modo errato si guasterà immediatamente o non manterrà la tensione al livello richiesto.
Le caratteristiche principali sono:
- tensione UCT. stabilizzazione;
- corrente di stabilizzazione nominale IArte.che scorre attraverso un diodo zener;
- dissipazione di potenza ammissibile;
- coefficiente di temperatura di stabilizzazione;
- resistenza dinamica.
Queste caratteristiche sono determinate dal produttore e sono indicate nella letteratura di riferimento.
Designazione grafica convenzionale sui diagrammi
Tutti i dispositivi hanno una designazione grafica. Questo è necessario per non ingombrare il circuito elettrico. Il diodo zener ha una propria designazione grafica, che è approvata dallo standard interstatale per un singolo standard per la documentazione di progettazione (ESKD).
La figura seguente mostra come è indicato nel diagramma secondo GOST 2.730-73, il diodo zener è praticamente designato come diodo, poiché, in effetti, è una delle sue varietà.
Per l'inclusione corretta, dovresti distinguere dove il più, dove il meno. Guardando la figura sopra, il più (anodo) è a sinistra e il meno (catodo) è a destra. Secondo ESKD, le dimensioni dei diodi UGO dovrebbero essere 5/5 mm. Ciò è illustrato nella figura sottostante.
Schema di collegamento
Considera il funzionamento di un diodo zener usando l'esempio di un circuito stabilizzatore parametrico. Questo è un layout tipico. Ecco le formule per il calcolo dello stabilizzatore.
Diciamo che ci sono 15 Volt e l'uscita deve essere 9 V. Secondo la tabella delle tensioni nel libro di riferimento, selezioniamo il diodo Zener D810. Calcoliamo il resistore limitatore di corrente R1, secondo la figura sottostante. Mostra la resistenza di limitazione della corrente e lo schema di collegamento. La modalità di regolazione della tensione è contrassegnata sulla caratteristica corrente-tensione 1.2.
Affinché il semiconduttore non si guasti, è necessario tenere conto della corrente di stabilizzazione e della corrente di carico. Determinare la corrente di stabilizzazione dal libro di riferimento.
È uguale a 5 mA. La figura seguente mostra parte del libro di riferimento.
Assumiamo che la corrente di carico sia 100 mA:
R1 = (Uin-Uns) / (IOn+ ioCT) = (15-9) / (0,1 + 0,005) = 57,14 ohm.
Se hai bisogno di un potente stabilizzatore, vale la pena assemblare un circuito da un diodo zener e un transistor.
Se è necessario realizzare uno stabilizzatore per una piccola tensione di 0,2-1 V, viene utilizzato uno stabilizzatore. È una specie di diodo zener, ma funziona nel ramo in avanti della caratteristica I - V e si accende nella direzione in avanti, che è la sua caratteristica unica.
Allo stesso modo, puoi realizzare un alimentatore, dove lo stabilizzatore è fatto di diodi. Come lo stabilizzatore, sono accesi in avanti. La tensione richiesta viene ottenuta da cadute di tensione dirette attraverso il diodo, per i diodi al silicio è nell'intervallo 0,5-0,7 V. In assenza di diodi, puoi assemblare un diodo Zener da un transistor.
La figura seguente mostra un circuito a transistor.
L'industria produce anche diodi zener controllati. O, più precisamente, questo è un microcircuito - TL431. Questo è un microcircuito universale che consente di regolare la tensione nell'intervallo da 2,5 a 36 volt.
La regolazione viene effettuata selezionando un divisore di resistenza. Lo schema seguente mostra un regolatore da 5 volt. Il divisore è montato su resistori con un valore nominale di 2,2 K.
Lo specialista dovrebbe sapere come controllare il funzionamento del diodo zener con un multimetro. Notiamo subito che solo un elemento unidirezionale può essere verificato; gli elementi doppi (bidirezionali) non sono soggetti a tale controllo. Se il diodo Zener funziona correttamente, quando il tester "compone" in una direzione, mostrerà un circuito aperto e, nel secondo, la resistenza minima. Quello difettoso suona in entrambe le direzioni.
Marcatura
A seconda della potenza del diodo, sono disponibili in diverse confezioni. Su custodie metalliche di alta potenza, viene indicata la designazione della lettera del tipo di dispositivo.
Le foto sotto mostrano i dispositivi di fabbricazione sovietica e il loro aspetto.
Oggigiorno i diodi a bassa potenza vengono prodotti in contenitori di vetro. La marcatura dei dispositivi importati è codificata a colori. Il corpo è contrassegnato da strisce o anelli colorati.
La figura seguente mostra la marcatura dei diodi SMD.
I diodi domestici nelle custodie di vetro sono contrassegnati da strisce o anelli. È possibile determinare il tipo e i parametri utilizzando qualsiasi libro di riferimento dei componenti elettronici. Ad esempio, la barra verde indica il diodo zener KS139A e la barra blu (o anello) indica il KS133A.
Su dispositivi potenti in custodie metalliche, viene indicata una designazione della lettera, ad esempio D816, come mostrato nella foto sopra. Questo è necessario per sapere come scegliere un analogo.
Quindi abbiamo esaminato cosa sono i diodi zener, come funzionano e a cosa servono. Se hai domande, chiedile nei commenti sotto l'articolo!
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