Diodă Zener: dispozitiv, principiu de funcționare, caracteristici

Ce este

Literatura de specialitate oferă următoarea definiție:

Dioda Zener sau dioda Zener este un dispozitiv conceput pentru a stabiliza tensiunea în circuitele electrice. Funcționează cu polarizare inversă în modul defalcare. Înainte de apariția defecțiunii, are o rezistență ridicată la tranziție. Curenții care curg în acest caz sunt nesemnificativi. Sunt utilizate pe scară largă în electronică și electrotehnică.

În termeni simpli, dioda Zener este concepută pentru a stabiliza tensiunea în circuitele electronice. Este inclus în circuit în direcția opusă. Când tensiunea depășește tensiunea de stabilizare, are loc o defecțiune electrică reversibilă a joncțiunii pn. De îndată ce scade la nominal, defecțiunea se oprește și dioda zener se închide.

Figura de mai jos este o diagramă grafică pentru manechini pentru a înțelege cum funcționează dioda Zener.

Principalele avantaje sunt costurile reduse și dimensiunile reduse. Industria produce dispozitive cu o tensiune de stabilizare de 1,8 - 400 V în cutii din metal, ceramică sau sticlă. Depinde de puterea pentru care este proiectată dioda zener și de alte caracteristici.

Pentru a stabiliza tensiunea de înaltă tensiune de la 0,4 la câteva zeci de kV, se utilizează diode zener cu descărcare incandescentă. Au o carcasă din sticlă și au fost utilizate în stabilizatori parametrici înainte de apariția dispozitivelor semiconductoare.

Dispozitivele care își schimbă rezistența în funcție de tensiunea aplicată au proprietăți similare - acestea sunt varistori. Diferența dintre o diodă zener și un varistor este că acesta din urmă are caracteristici simetrice bidirecționale. Aceasta înseamnă că, spre deosebire de diode, nu are polaritate. Pe scurt, varistorul este conceput pentru a furniza protecție la supratensiune circuite electronice.

Supresoare sunt utilizate pentru a proteja echipamentul de supratensiuni de tensiune. Diferențele dintre dioda Zener și supresor sunt că prima își schimbă treptat rezistența internă în funcție de tensiunea aplicată. Al doilea, când se atinge un anumit prag de tensiune, se deschide imediat. Acestea. rezistența sa internă tinde la zero. Scopul principal al supresoarelor este de a proteja echipamentul de supratensiuni.

Figura de mai jos prezintă o denumire grafică convențională (UGO conform GOST) a unui semiconductor și caracteristica sa de curent-tensiune.

În figură, numerele indică secțiunea 1-2. Funcționează și este conceput pentru a stabiliza tensiunea în circuite. Dacă dispozitivul este pornit în direcția înainte, atunci va funcționa ca o diodă normală.

Vă recomandăm să urmăriți următorul videoclip pentru a studia mai detaliat principiul de funcționare a diodei zener, desemnarea elementelor și aria de aplicare a acestora.

Principalele caracteristici

La proiectarea surselor de alimentare, ar trebui să puteți calcula și selecta corect elementul necesar în funcție de valori. O diodă zener selectată incorect va eșua imediat sau nu va menține tensiunea la nivelul dorit.

Principalele caracteristici sunt:

• tensiunea U_cT. stabilizare;
• curent nominal de stabilizare I_Artă.curge printr-o diodă zener;
• disipare de putere admisibilă;
• coeficientul de stabilizare a temperaturii;
• rezistență dinamică.

Aceste caracteristici sunt determinate de producător și sunt indicate în literatura de referință.

Desemnarea grafică convențională pe diagrame

Toate dispozitivele au o denumire grafică. Acest lucru este necesar pentru a nu aglomera circuitul electric. Dioda zener are propria sa denumire grafică, care este aprobată de standardul interstatal pentru un singur standard pentru documentația de proiectare (ESKD).

Figura de mai jos arată cum este indicat în diagramă conform GOST 2.730-73, dioda zener este practic desemnată ca diodă, deoarece, de fapt, este una dintre soiurile sale.

Pentru includerea corectă, ar trebui să distingeți unde plusul, unde minusul. Privind figura de mai sus, plusul (anodul) este în stânga, iar minusul (catodul) este în dreapta. Conform ESKD, dimensiunile diodelor UGO ar trebui să fie de 5/5 mm. Acest lucru este ilustrat în figura de mai jos.

Schema de conexiune

Luați în considerare funcționarea unei diode zener folosind exemplul unui circuit de stabilizare parametric. Acesta este un aspect tipic. Iată formulele pentru calcularea stabilizatorului.

Să spunem că există 15 volți, iar ieșirea trebuie să fie de 9 V. Conform tabelului de tensiune din cartea de referință, selectăm dioda Zener D810. Să calculăm rezistorul de limitare a curentului R1, conform figurii de mai jos. Arată rezistența de limitare a curentului și diagrama de conectare. Modul de reglare a tensiunii este marcat pe caracteristica curent-tensiune 1.2.

Pentru ca semiconductorul să nu cedeze, este necesar să se ia în considerare curentul de stabilizare și curentul de încărcare. Determinați curentul de stabilizare din cartea de referință.

Este egal cu 5 mA. Figura de mai jos prezintă o parte a cărții de referință.

Presupunem că curentul de încărcare este de 100 mA:

R1 = (U_în-U_Sf) / (I_n+ Eu_cT) = (15-9) / (0,1 + 0,005) = 57,14 ohmi.

Dacă aveți nevoie de un stabilizator puternic, atunci merită să asamblați un circuit dintr-o diodă zener și un tranzistor.

Dacă este necesar să se realizeze un stabilizator pentru o tensiune mică de 0,2-1 V, pentru aceasta se folosește un stabilizator. Este un fel de diodă zener, dar funcționează în ramura directă a caracteristicii I - V și pornește în direcția înainte, care este caracteristica sa unică.

În mod similar, puteți realiza o sursă de alimentare, în care stabilizatorul este format din diode. La fel ca stabilizatorul, acestea sunt pornite în direcția înainte. Tensiunea necesară este câștigată prin căderi directe de tensiune pe diodă, pentru diodele de siliciu este în intervalul 0,5-0,7V. În absența diodelor, puteți asambla o diodă Zener dintr-un tranzistor.

Figura de mai jos prezintă un circuit de tranzistor.

Industria produce și diode zener controlate. Sau, mai exact, acesta este un microcircuit - TL431. Acesta este un microcircuit universal care vă permite să reglați tensiunea în intervalul de la 2,5 la 36 de volți.

Reglarea se efectuează prin selectarea unui separator de rezistență. Diagrama de mai jos prezintă un regulator de 5 volți. Divizorul este asamblat pe rezistoare cu o valoare nominală de 2,2 K.

Specialistul ar trebui să știe cum să verifice funcționarea diodei zener cu un multimetru. Imediat, observăm că numai un element unidirecțional poate fi verificat; elementele duble (bidirecționale) nu sunt supuse unei astfel de verificări. Dacă dioda Zener funcționează corect, atunci când testerul „formează” într-o direcție, va arăta un circuit deschis, iar în a doua, rezistența minimă. Cel defect sună în ambele sensuri.

Marcare

În funcție de puterea diodei, acestea sunt disponibile în diferite pachete. Pe carcasele metalice de mare putere, este indicată denumirea scrisoare a tipului de dispozitiv.

Fotografiile de mai jos prezintă dispozitivele fabricate de sovietici și cum arătau acestea.

În zilele noastre se produc diode cu putere redusă în vitrine. Marcarea dispozitivelor importate este codificată prin culori. Corpul este marcat cu dungi sau inele colorate.

Figura de mai jos arată marcarea diodelor SMD.

Diodele domestice din vitrine sunt marcate cu dungi sau inele. Puteți determina tipul și parametrii utilizând orice carte de referință a componentelor electronice. De exemplu, bara verde indică dioda zener KS139A, iar bara albastră (sau inelul) indică KS133A.

Pe dispozitivele puternice din carcase metalice, este indicată o denumire scrisoare, de exemplu, D816, așa cum se arată în fotografia de mai sus. Acest lucru este necesar pentru a ști cum să alegeți un analog.

Așa că am examinat ce sunt diodele zener, cum funcționează și pentru ce sunt. Dacă aveți întrebări, întrebați-le în comentariile de sub articol!

Materiale conexe:

• Ce este un tester cu tranzistoare
• Cum funcționează un rezistor
• Cum să lipiți componente radio de pe plăci