La base para un funcionamiento fiable y a largo plazo de los equipos electrónicos es una tensión de alimentación estable. Para ello, se utilizan fuentes de alimentación estabilizadas. Podemos decir que el elemento principal que determina el nivel de voltaje de salida de la fuente de alimentación es un dispositivo semiconductor: un diodo Zener. Puede ser tanto la base de un estabilizador lineal como un elemento de umbral en el circuito de retroalimentación de una fuente de alimentación conmutada. En este artículo les diremos a los lectores del sitio El mismo electricista sobre el dispositivo y el principio de funcionamiento del diodo Zener.
Contenido:
- Lo que es
- Características principales
- Designación gráfica convencional en los diagramas
- Diagrama de conexión
- Calificación
Lo que es
La literatura proporciona la siguiente definición:
El diodo Zener o diodo Zener es un dispositivo diseñado para estabilizar el voltaje en circuitos eléctricos. Funciona con polarización inversa en modo de avería. Antes del inicio de la ruptura, tiene una alta resistencia de transición. Las corrientes que fluyen en este caso son insignificantes. Son ampliamente utilizados en electrónica e ingeniería eléctrica.
En términos simples, el diodo Zener está diseñado para estabilizar el voltaje en los circuitos electrónicos. Se incluye en el circuito en sentido contrario. Cuando el voltaje excede el voltaje de estabilización, ocurre una falla eléctrica reversible de la unión pn. Tan pronto como desciende al nominal, la avería se detiene y el diodo Zener se cierra.
La siguiente figura es un diagrama gráfico para que los maniquíes comprendan cómo funciona el diodo Zener.
Las principales ventajas son el bajo costo y las pequeñas dimensiones. La industria produce dispositivos con un voltaje de estabilización de 1.8 - 400 V en cajas de metal, cerámica o vidrio. Depende de la potencia para la que está diseñado el diodo Zener y otras características.
Para estabilizar el voltaje de alto voltaje de 0,4 a varias decenas de kV, se utilizan diodos Zener de descarga luminiscente. Tienen una caja de vidrio y se utilizaron en estabilizadores paramétricos antes de la llegada de los dispositivos semiconductores.
Los dispositivos que cambian su resistencia dependiendo del voltaje aplicado tienen propiedades similares, estas son varistores. La diferencia entre un diodo Zener y un varistor es que este último tiene características simétricas bidireccionales. Esto significa que, a diferencia de los diodos, no tiene polaridad. Brevemente, el varistor está diseñado para proporcionar Proteccion al sobrevoltaje circuitos electrónicos.
Los supresores se utilizan para proteger el equipo de sobretensiones. La diferencia entre un diodo Zener y un supresor es que el primero cambia gradualmente su resistencia interna dependiendo del voltaje aplicado. El segundo, cuando se alcanza un cierto umbral de voltaje, se abre inmediatamente. Aquellos. su resistencia interna tiende a cero. El objetivo principal de los supresores es proteger el equipo de sobretensiones.
La siguiente figura muestra una designación gráfica convencional (UGO según GOST) de un semiconductor y su característica corriente-voltaje.
En la figura, los números indican la sección 1-2. Está funcionando y está diseñado para estabilizar el voltaje en los circuitos. Si el dispositivo se enciende en la dirección de avance, funcionará como un diodo normal.
Recomendamos ver el siguiente video para estudiar con más detalle el principio de funcionamiento del diodo zener, la designación de los elementos y su área de aplicación.
Características principales
Al diseñar fuentes de alimentación, debe poder calcular y seleccionar correctamente el elemento necesario de acuerdo con los valores. Un diodo Zener seleccionado incorrectamente fallará inmediatamente o no mantendrá el voltaje en el nivel requerido.
Las principales características son:
- voltaje UCT. estabilización;
- corriente de estabilización nominal IArte.fluyendo a través de un diodo Zener;
- disipación de potencia permitida;
- coeficiente de estabilización de temperatura;
- resistencia dinámica.
Estas características las determina el fabricante y se indican en la literatura de referencia.
Designación gráfica convencional en los diagramas
Todos los dispositivos tienen una designación gráfica. Esto es necesario para no saturar el circuito eléctrico. El diodo Zener tiene su propia designación gráfica, que está aprobada por el estándar interestatal para un estándar único para la documentación de diseño (ESKD).
La figura a continuación muestra cómo se indica en el diagrama de acuerdo con GOST 2.730-73, el diodo zener está prácticamente designado como diodo, ya que, de hecho, es una de sus variedades.
Para la inclusión correcta, debe distinguir dónde está el más, dónde el menos. Mirando la figura anterior, el más (ánodo) está a la izquierda y el menos (cátodo) está a la derecha. Según ESKD, las dimensiones de los diodos UGO deben ser de 5/5 mm. Esto se ilustra en la figura siguiente.
Diagrama de conexión
Considere el funcionamiento de un diodo Zener usando el ejemplo de un circuito estabilizador paramétrico. Este es un diseño típico. Aquí están las fórmulas para calcular el estabilizador.
Digamos que hay 15 voltios y la salida debe ser de 9 V. De acuerdo con la tabla de voltaje en el libro de referencia, seleccionamos el diodo Zener D810. Calculemos la resistencia limitadora de corriente R1, de acuerdo con la siguiente figura. Muestra la resistencia limitadora de corriente y el diagrama de conexión. El modo de regulación de voltaje está marcado en la característica corriente-voltaje 1.2.
Para que el semiconductor no falle, es necesario tener en cuenta la corriente de estabilización y la corriente de carga. Determine la corriente de estabilización del libro de referencia.
Es igual a 5 mA. La siguiente figura muestra parte del libro de referencia.
Suponemos que la corriente de carga es de 100 mA:
R1 = (Uen-US t) / (Inorte+ YoCT) = (15-9) / (0,1 + 0,005) = 57,14 ohmios.
Si necesita un estabilizador potente, entonces vale la pena ensamblar un circuito a partir de un diodo Zener y un transistor.
Si es necesario hacer un estabilizador para un voltaje pequeño de 0.2-1 V, se usa un estabilizador para esto. Es una especie de diodo Zener, pero funciona en la rama de avance de la característica I - V y se enciende en la dirección de avance, que es su característica única.
Del mismo modo, puede hacer una fuente de alimentación, donde el estabilizador está hecho de diodos. Al igual que el estabilizador, se encienden en la dirección de avance. El voltaje requerido se obtiene mediante caídas de voltaje directo a través del diodo, para los diodos de silicio está en el rango de 0.5-0.7V. En ausencia de diodos, puede ensamblar un diodo Zener a partir de un transistor.
La siguiente figura muestra un circuito de transistor.
La industria también produce diodos Zener controlados. O, más precisamente, este es un microcircuito: TL431. Este es un microcircuito universal que le permite regular el voltaje en el rango de 2.5 a 36 voltios.
El ajuste se realiza seleccionando un divisor de resistencia. El siguiente diagrama muestra un regulador de 5 voltios. El divisor se ensambla en resistencias con un valor nominal de 2.2 K.
El especialista debe saber cómo verificar el funcionamiento del diodo Zener con un multímetro. Inmediatamente, notamos que solo se puede verificar un elemento unidireccional; los elementos duplicados (bidireccionales) no están sujetos a tal verificación. Si el diodo Zener funciona correctamente, cuando el probador "marca" en una dirección, mostrará un circuito abierto y, en la segunda, la resistencia mínima. El defectuoso suena en ambos sentidos.
Calificación
Dependiendo de la potencia del diodo, están disponibles en diferentes paquetes. En carcasas metálicas de alta potencia, se indica la designación de letras del tipo de dispositivo.
Las fotos a continuación muestran dispositivos de fabricación soviética y cómo se veían.
Hoy en día, los diodos de baja potencia se fabrican en vitrinas. El marcado de los dispositivos importados está codificado por colores. El cuerpo está marcado con rayas o anillos de colores.
La siguiente figura muestra el marcado de diodos SMD.
Los diodos domésticos en las vitrinas están marcados con franjas o anillos. Puede determinar el tipo y los parámetros utilizando cualquier libro de referencia de componentes electrónicos. Por ejemplo, la barra verde indica el diodo Zener KS139A y la barra azul (o anillo) indica el KS133A.
En dispositivos potentes en cajas de metal, se indica una designación de letra, por ejemplo, D816, como se muestra en la foto de arriba. Esto es necesario para saber cómo elegir un análogo.
Así que examinamos qué son los diodos Zener, cómo funcionan y para qué sirven. Si tiene alguna pregunta, hágala en los comentarios debajo del artículo.
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