La base d'un fonctionnement fiable et à long terme des équipements électroniques est une tension d'alimentation stable. Pour cela, des alimentations stabilisées sont utilisées. On peut dire que l'élément principal qui détermine le niveau de tension de sortie de l'alimentation est un dispositif à semi-conducteur - une diode Zener. Il peut être à la fois la base d'un stabilisateur linéaire et un élément de seuil dans le circuit de retour d'une alimentation à découpage. Dans cet article, nous dirons aux lecteurs du site Électricien lui-même sur l'appareil et le principe de fonctionnement de la diode Zener.
Teneur:
- Ce que c'est
- Caractéristiques principales
- Désignation graphique conventionnelle sur les schémas
- Diagramme de connexion
- Marquage
Ce que c'est
La littérature propose la définition suivante:
La diode Zener ou diode Zener est un dispositif conçu pour stabiliser la tension dans les circuits électriques. Fonctionne avec polarisation inverse en mode panne. Avant le début du claquage, il a une résistance de transition élevée. Les courants circulant dans ce cas sont insignifiants. Ils sont largement utilisés en électronique et en électrotechnique.
En termes simples, la diode Zener est conçue pour stabiliser la tension dans les circuits électroniques. Il est inclus dans le circuit en sens inverse. Lorsque la tension dépasse la tension de stabilisation, un claquage électrique réversible de la jonction pn se produit. Dès qu'il descend au nominal, le claquage s'arrête et la diode Zener se ferme.
La figure ci-dessous est un schéma graphique permettant aux nuls de comprendre le fonctionnement de la diode Zener.
Les principaux avantages sont le faible coût et les petites dimensions. L'industrie produit des appareils avec une tension de stabilisation de 1,8 à 400 V dans des boîtiers en métal, en céramique ou en verre. Cela dépend de la puissance pour laquelle la diode Zener est conçue et d'autres caractéristiques.
Pour stabiliser la tension haute tension de 0,4 à plusieurs dizaines de kV, des diodes Zener à décharge luminescente sont utilisées. Ils ont un boîtier en verre et ont été utilisés dans les stabilisateurs paramétriques avant l'avènement des dispositifs à semi-conducteurs.
Les appareils qui changent leur résistance en fonction de la tension appliquée ont des propriétés similaires - ce sont varistances. La différence entre une diode Zener et une varistance est que cette dernière a des caractéristiques symétriques bidirectionnelles. Cela signifie que, contrairement aux diodes, il n'a pas de polarité. En bref, la varistance est conçue pour fournir protection de survoltage circuits électroniques.
Les suppresseurs sont utilisés pour protéger l'équipement contre les surtensions. La différence entre une diode Zener et un suppresseur est que le premier change progressivement sa résistance interne en fonction de la tension appliquée. Le second, lorsqu'un certain seuil de tension est atteint, s'ouvre immédiatement. Celles. sa résistance interne tend vers zéro. Le but principal des suppresseurs est de protéger l'équipement contre les surtensions.
La figure ci-dessous montre une désignation graphique conventionnelle (UGO selon GOST) d'un semi-conducteur et sa caractéristique courant-tension.
Dans la figure, les chiffres indiquent la section 1-2. Il fonctionne et est conçu pour stabiliser la tension dans les circuits. Si l'appareil est allumé dans le sens direct, il fonctionnera comme une diode normale.
Nous vous recommandons de regarder la vidéo suivante pour étudier plus en détail le principe de fonctionnement de la diode Zener, la désignation des éléments et leur domaine d'application.
Caractéristiques principales
Lors de la conception des alimentations, vous devez pouvoir calculer et sélectionner correctement l'élément nécessaire en fonction des valeurs. Une diode Zener mal sélectionnée échouera immédiatement ou ne maintiendra pas la tension au niveau requis.
Les principales caractéristiques sont :
- tension UcT. stabilisation;
- courant de stabilisation nominal IDe l'art.circulant à travers une diode Zener ;
- dissipation de puissance admissible;
- coefficient de température de stabilisation;
- résistance dynamique.
Ces caractéristiques sont déterminées par le fabricant et sont indiquées dans la littérature de référence.
Désignation graphique conventionnelle sur les schémas
Tous les appareils ont une désignation graphique. Ceci est nécessaire pour ne pas encombrer le circuit électrique. La diode Zener a sa propre désignation graphique, qui est approuvée par la norme interétatique pour une norme unique pour la documentation de conception (ESKD).
La figure ci-dessous montre comment cela est indiqué dans le diagramme selon GOST 2.730-73, la diode zener est pratiquement désignée comme une diode, car, en fait, c'est l'une de ses variétés.
Pour une inclusion correcte, vous devez distinguer où le plus, où le moins. En regardant la figure ci-dessus, le plus (anode) est à gauche et le moins (cathode) est à droite. Selon ESKD, les dimensions des diodes UGO devraient être de 5/5 mm. Ceci est illustré dans la figure ci-dessous.
Diagramme de connexion
Considérons le fonctionnement d'une diode Zener en utilisant l'exemple d'un circuit stabilisateur paramétrique. Il s'agit d'une mise en page typique. Voici les formules de calcul du stabilisateur.
Disons qu'il y a 15 Volts et que la sortie doit être de 9 V. D'après le tableau des tensions dans l'ouvrage de référence, nous sélectionnons la diode Zener D810. Calculons la résistance de limitation de courant R1, selon la figure ci-dessous. Il montre la résistance de limitation de courant et le schéma de connexion. Le mode de régulation de tension est marqué sur la caractéristique courant-tension 1.2.
Pour que le semi-conducteur ne tombe pas en panne, il est nécessaire de prendre en compte le courant de stabilisation et le courant de charge. Déterminer le courant de stabilisation à partir du livre de référence.
Elle est égale à 5 mA. La figure ci-dessous montre une partie du livre de référence.
On suppose que le courant de charge est de 100 mA :
R1 = (Udans-Ust) / (JEm+ jecT) = (15-9) / (0,1 + 0,005) = 57,14 ohms.
Si vous avez besoin d'un stabilisateur puissant, il vaut la peine d'assembler un circuit à partir d'une diode Zener et d'un transistor.
S'il est nécessaire de fabriquer un stabilisateur pour une petite tension de 0,2 à 1 V, un stabilisateur est utilisé pour cela. C'est une sorte de diode Zener, mais elle fonctionne dans la branche directe de la caractéristique I - V et s'allume dans le sens direct, ce qui est sa caractéristique unique.
De même, vous pouvez faire une alimentation, où le stabilisateur est constitué de diodes. Comme le stabilisateur, ils sont activés vers l'avant. La tension requise est obtenue par des chutes de tension directes à travers la diode, pour les diodes au silicium, elle est comprise entre 0,5 et 0,7 V. En l'absence de diodes, vous pouvez assembler une diode Zener à partir d'un transistor.
La figure ci-dessous montre un circuit à transistor.
L'industrie produit également des diodes Zener contrôlées. Ou, plus précisément, il s'agit d'un microcircuit - TL431. Il s'agit d'un microcircuit universel qui vous permet de réguler la tension dans la plage de 2,5 à 36 volts.
Le réglage s'effectue en sélectionnant un diviseur de résistance. Le schéma ci-dessous montre un régulateur 5 volts. Le diviseur est monté sur des résistances d'une valeur nominale de 2,2 K.
Le spécialiste doit savoir vérifier le fonctionnement de la diode Zener avec un multimètre. On remarque d'emblée que seul un élément unidirectionnel peut être vérifié; les éléments doublés (bidirectionnels) ne sont pas soumis à une telle vérification. Si la diode Zener fonctionne correctement, lorsque le testeur "compose" dans un sens, il affichera un circuit ouvert et dans le second, la résistance minimale. Le défectueux sonne dans les deux sens.
Marquage
En fonction de la puissance de la diode, ils sont disponibles dans différents boîtiers. Sur les boîtiers métalliques de forte puissance, la lettre de désignation du type d'appareil est indiquée.
Les photos ci-dessous montrent des appareils de fabrication soviétique et à quoi ils ressemblent.
De nos jours, les diodes de faible puissance sont produites dans des boîtiers en verre. Le marquage des appareils importés est codé par couleur. Le corps est marqué de rayures ou d'anneaux colorés.
La figure ci-dessous montre le marquage des diodes SMD.
Les diodes domestiques dans des boîtiers en verre sont marquées de rayures ou d'anneaux. Vous pouvez déterminer le type et les paramètres à l'aide de n'importe quel ouvrage de référence sur les composants électroniques. Par exemple, la barre verte indique la diode Zener KS139A et la barre bleue (ou anneau) indique la KS133A.
Sur les appareils puissants dans des boîtiers métalliques, une désignation de lettre est indiquée, par exemple, D816, comme indiqué sur la photo ci-dessus. Cela est nécessaire pour savoir comment choisir un analogue.
Nous avons donc examiné ce que sont les diodes Zener, comment elles fonctionnent et à quoi elles servent. Si vous avez des questions, posez-les dans les commentaires sous l'article !
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