Díodo Zener - o que é e para que serve?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 14:01

Um diodo zener é um diodo semicondutor com propriedades únicas. Se um semicondutor comum é um isolante quando ligado novamente, ele executa essa função até um certo aumento na tensão aplicada, após o que ocorre uma quebra reversível semelhante a uma avalanche. Com um aumento adicional na corrente reversa fluindo através do diodo zener, a tensão continua a permanecer constante devido a uma diminuição proporcional na resistência. Desta forma, é possível alcançar o modo de estabilização.

No estado fechado, uma pequena corrente de fuga passa primeiro pelo diodo zener. O elemento se comporta como um resistor, cujo valor de resistência é grande. Durante a ruptura, a resistência do diodo zener torna-se insignificante. Se continuarmos a aumentar a tensão na entrada, o elemento começa a aquecer e quando a corrente excede o valor permitido, um irreversívelruptura térmica. Se o assunto não for levado a isso, quando a tensão muda de zero para o limite superior da área de trabalho, as propriedades do diodo zener são preservadas.

Quando um diodo zener é ligado diretamente, as características são as mesmas de um diodo. Quando o positivo está conectado à região p e o negativo está conectado à região n, a resistência de transição é pequena e a corrente flui livremente através dela. Ela aumenta à medida que a tensão de entrada aumenta.

Um diodo zener é um diodo especial conectado principalmente na direção oposta. O elemento é o primeiro no estado fechado. No caso de uma falha elétrica, o diodo zener de tensão a mantém constante em uma ampla faixa de corrente.

A menos é aplicado ao ânodo e um mais ao cátodo. Além da estabilização (abaixo do ponto 2), ocorre superaquecimento e a probabilidade de falha do elemento aumenta.

Recursos

Os parâmetros Zener são os seguintes:

• U_st - tensão de estabilização na corrente nominal I_st;
• I_{st min - corrente mínima de partida de ruptura elétrica;}
• I_{st max - corrente máxima permitida;}
• TKN - coeficiente de temperatura.

Ao contrário de um diodo convencional, um diodo zener é um dispositivo semicondutor em que as regiões de ruptura elétrica e térmica são bastante distantes na característica de corrente-tensão.

Associado com a corrente máxima permitida é um parâmetro frequentemente especificado emtabelas - dissipação de energia:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

A dependência da temperatura do diodo zener pode ser positiva ou negativa. Ao conectar elementos em série com coeficientes de sinais diferentes, são criados diodos zener de precisão que não dependem de aquecimento ou resfriamento.

Esquemas de inclusão

Circuito típico de um estabilizador simples, consiste em uma resistência de lastro R_{b e um diodo zener que desvia a carga.}

Em alguns casos, há uma violação da estabilização.

1. Submissão ao estabilizador de uma grande tensão da fonte de alimentação na presença de um capacitor de filtragem na saída. Picos de corrente ao carregá-lo podem causar falha do diodo zener ou destruição do resistor R_b.
2. Desligamento da carga. Quando a tensão máxima é aplicada à entrada, a corrente do diodo zener pode exceder a permitida, o que levará ao seu aquecimento e destruição. Aqui é importante observar a área segura do passaporte de trabalho.
3. Resistência R_{b é selecionada pequena para que na tensão de alimentação mínima possível e na corrente máxima permitida na carga, o diodo zener esteja na zona de regulação de trabalho.}

Os circuitos ou fusíveis de proteção do tiristor são usados para proteger o estabilizador.

Resistor R_{b é calculado pela fórmula:}

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

AtualO diodo zener I_st é selecionado entre os valores máximo e mínimo permitidos, dependendo da tensão de entrada U_pit e da corrente de carga I _n.

Seleção Zener

Os elementos têm uma grande dispersão na tensão de estabilização. Para obter o valor exato de U_{n, os diodos zener são selecionados do mesmo lote. Existem tipos com uma gama mais estreita de parâmetros. Com dissipação de alta potência, os elementos são instalados em radiadores.}

Para calcular os parâmetros do diodo zener, são necessários dados iniciais, por exemplo, estes:

• U_{pit=12-15 V - tensão de entrada;}
• U_{st=9 V - tensão estabilizada;}
• R_{n=50-100 mA - carga.}

Os parâmetros são típicos para dispositivos com baixo consumo de energia.

Para uma tensão de entrada mínima de 12 V, a corrente na carga é selecionada no máximo - 100 mA. De acordo com a lei de Ohm, você pode encontrar a carga total do circuito:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

No diodo zener, a queda de tensão é de 9 V. Para uma corrente de 0,1 A, a carga equivalente será:

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

Agora você pode determinar a resistência do lastro:

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

É selecionado na linha padrão, onde o valor é o mesmo que o calculado.

A corrente máxima através do diodo zener é determinada levando em consideração a desconexão da carga para que não falhe caso algum fio não seja soldado. A queda de tensão no resistor será:

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

Então a corrente através do resistor é determinada:

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

Como o diodo zener está conectado em série com ele, I_c=I_{R=0,2 A.}

A dissipação de potência será P=0,2∙9=1,8 W.

De acordo com os parâmetros obtidos, um diodo Zener D815V adequado é selecionado.

Díodo zener simétrico

Tiristor de diodo simétrico é um dispositivo de comutação que conduz corrente alternada. Uma característica de seu trabalho é uma queda de tensão de até vários volts quando ligado na faixa de 30-50 V. Pode ser substituído por dois diodos zener convencionais contra-conectados. Os dispositivos são usados como elementos de comutação.

Analógico de um diodo zener

Quando não é possível encontrar um elemento adequado, eles usam um análogo de um diodo zener nos transistores. Sua vantagem é a possibilidade de regulação de tensão. Amplificadores DC de múltiplos estágios podem ser usados para isso.

Um divisor de tensão com um resistor de ajuste R1 é instalado na entrada. Se a tensão de entrada aumenta, com base no transistor VT1, ela também aumenta. Ao mesmo tempo, a corrente através do transistor VT2 aumenta, o que compensa o aumento da tensão, mantendo-a estável na saída.

Marcação de diodos zener

Díodos zener de vidro e diodos zener em caixas de plástico são produzidos. No primeiro caso, são aplicados 2 números, entre os quais está localizada a letra V. A inscrição 9V1 significa queU_{st=9, 1 V.}

Na caixa de plástico, as inscrições são decifradas usando uma folha de dados, onde você também pode descobrir outros parâmetros.

O anel escuro na caixa indica o cátodo ao qual o positivo está conectado.

Conclusão

Um diodo zener é um diodo com propriedades especiais. A vantagem dos diodos zener é um alto nível de estabilização de tensão com uma ampla gama de mudanças de corrente de operação, bem como esquemas de conexão simples. Para estabilizar uma pequena tensão, os dispositivos são ligados no sentido direto e começam a funcionar como diodos comuns.