Uno stipendio stabile, una vita stabile, uno stato stabile. L'ultimo non riguarda la Russia, ovviamente :-). Se cercate in un dizionario esplicativo, potrete capire in modo sensato cosa sia la “stabilità”. Nelle prime righe, Yandex mi ha immediatamente dato la designazione di questa parola: stabile - significa costante, stabile, immutabile.

Ma molto spesso questo termine viene utilizzato nell'elettronica e nell'ingegneria elettrica. In elettronica i valori costanti di un parametro sono molto importanti. Può essere corrente, tensione, frequenza del segnale e. La deviazione del segnale da un determinato parametro può portare al funzionamento errato dell'apparecchiatura elettronica e persino al suo guasto. Pertanto, nell'elettronica è molto importante che tutto funzioni stabilmente e non fallisca.

In elettronica ed elettrotecnica stabilizzare la tensione. Il funzionamento delle apparecchiature elettroniche dipende dal valore della tensione. Se cambia in un lato più piccolo o, peggio ancora, più grande, l'apparecchiatura nel primo caso potrebbe non funzionare correttamente e nel secondo caso potrebbe persino oscillare con una fiamma brillante.

Per evitare alti e bassi di tensione, vari Protezioni contro le sovratensioni. Come capisci dalla frase, sono abituati stabilizzare tensione del "gioco".

Diodo Zener o diodo Zener

Lo stabilizzatore di tensione più semplice nell'elettronica è un elemento radio. diodo zener. A volte viene anche chiamato Diodo Zener. Sui diagrammi, i diodi Zener sono designati in questo modo:

L'uscita con un "tappo" è chiamata uguale a quella di un diodo - catodo, e l'altro output è anodo.

I diodi Zener hanno lo stesso aspetto dei diodi. Nella foto sotto, a sinistra c'è una vista popolare di un moderno diodo zener, e a destra c'è uno dei campioni dell'Unione Sovietica

Se guardi più da vicino il diodo zener sovietico, puoi vedere questa designazione schematica su di esso, che indica dove ha un catodo e dove un anodo.

Tensione di stabilizzazione

Il parametro più importante di un diodo Zener è, ovviamente, tensione di stabilizzazione. Qual è questo parametro?

Prendiamo un bicchiere e riempiamolo d'acqua...

Non importa quanta acqua versiamo in un bicchiere, l'eccesso uscirà dal bicchiere. Penso che questo sia comprensibile per i bambini in età prescolare.

Ora per analogia con l'elettronica. Il vetro è un diodo Zener. Il livello dell'acqua in un bicchiere pieno fino all'orlo è questo tensione di stabilizzazione diodo zener. Immagina una grande brocca d'acqua accanto al bicchiere. Con l'acqua della brocca, riempiremo semplicemente il bicchiere d'acqua, ma non oseremo toccare la brocca. C'è solo un'opzione: versare l'acqua da una brocca, praticando un foro nella brocca stessa. Se la brocca fosse più piccola del bicchiere non potremmo versare l’acqua nel bicchiere. Se spiegato nel linguaggio dell'elettronica, la brocca ha una "tensione" maggiore della "tensione" del vetro.

Quindi, cari lettori, il vetro contiene l'intero principio del diodo zener. Qualunque sia il flusso che vi versiamo sopra (beh, ovviamente, entro limiti ragionevoli, altrimenti il ​​bicchiere salterà via e si romperà), il bicchiere sarà sempre pieno. Ma è necessario versare dall'alto. Questo significa, la tensione che applichiamo al diodo zener deve essere superiore alla tensione di stabilizzazione del diodo zener.

Marcatura del diodo Zener

Per scoprire la tensione di stabilizzazione del diodo zener sovietico, abbiamo bisogno di un libro di consultazione. Ad esempio, nella foto sotto, il diodo zener sovietico D814V:

Stiamo cercando i parametri per questo nelle directory online su Internet. Come puoi vedere, la sua tensione di stabilizzazione a temperatura ambiente è di circa 10 volt.

I diodi zener stranieri sono contrassegnati più facilmente. Se guardi da vicino, puoi vedere una semplice iscrizione:

5V1 - ciò significa che la tensione di stabilizzazione di questo diodo zener è 5,1 Volt. Molto più facile, vero?

Il catodo dei diodi zener stranieri è contrassegnato principalmente da una striscia nera

Come controllare un diodo Zener

Come controllare il diodo zener? Sì, così come! E come controllare il diodo, puoi vedere in questo articolo. Controlliamo il nostro diodo zener. Inseriamo una continuità e ci aggrappiamo con una sonda rossa all'anodo e nera al catodo. Il multimetro dovrebbe mostrare la caduta di tensione diretta.

Cambiamo le sonde in alcuni punti e ne vediamo una. Ciò significa che il nostro diodo Zener è in piena prontezza al combattimento.

Bene, è tempo di esperimenti. Nei circuiti, un diodo zener è collegato in serie con un resistore:

Dove Uin – tensione di ingresso, Uout.st. – tensione stabilizzata in uscita

Se guardi da vicino il circuito, non abbiamo altro che un partitore di tensione. Qui tutto è elementare e semplice:

Uin=Uout.stab +Uresistore

O in parole povere: la tensione di ingresso è pari alla somma delle tensioni sul diodo zener e sulla resistenza.

Questo schema si chiama stabilizzatore parametrico su uno stabilizzatore. Il calcolo di questo stabilizzatore va oltre lo scopo di questo articolo, ma per chi è interessato, su Google ;-)

Quindi, raccogliamo lo schema. Abbiamo preso un resistore con un valore nominale di 1,5 Kiloom e un diodo zener per una tensione di stabilizzazione di 5,1 Volt. A sinistra colleghiamo l'alimentatore e a destra misuriamo la tensione risultante con un multimetro:

Ora monitoriamo attentamente le letture del multimetro e dell'alimentatore:

Quindi, anche se tutto è chiaro, stiamo ancora aggiungendo tensione... Ops! Abbiamo una tensione in ingresso di 5,5 Volt e una tensione in uscita di 5,13 Volt! Poiché la tensione di stabilizzazione del diodo zener è di 5,1 volt, come possiamo vedere, si stabilizza perfettamente.

Aggiungiamo più volt. La tensione di ingresso è di 9 volt e il diodo zener è di 5,17 volt! Sorprendente!

Aggiungiamo anche ... La tensione in ingresso è di 20 Volt e l'uscita è di 5,2 Volt come se nulla fosse successo! 0,1 Volt è un errore molto piccolo, in alcuni casi può anche essere trascurato.

Volt-ampere caratteristico di un diodo zener

Penso che non sarebbe male considerare la caratteristica volt-ampere (CVC) del diodo zener. Sembra qualcosa del genere:

Dove

Ipr- corrente continua, A

Upr- tensione diretta, V

Questi due parametri non vengono utilizzati nel diodo zener.

Uobr– tensione inversa, V

Ust– tensione nominale di stabilizzazione, V

Ist- corrente nominale di stabilizzazione, A

Valutato: questo significa un parametro normale al quale è possibile il funzionamento a lungo termine dell'elemento radio.

Imax- corrente massima del diodo zener, A

sono dentro- la corrente minima del diodo zener, A

Ist, Imax, Imin – è la quantità di corrente che scorre attraverso il diodo zener quando è in funzione.

Poiché il diodo zener funziona esattamente con polarità inversa, a differenza di un diodo (il diodo zener è collegato al catodo al più e il catodo al meno), l'area di lavoro sarà esattamente quella contrassegnata da un rettangolo rosso.

Come possiamo vedere, ad una certa tensione Uobr, il nostro grafico inizia a cadere. In questo momento, si verifica una cosa così interessante come un guasto nel diodo zener. In breve, non può più aumentare la tensione su se stesso e in questo momento la corrente nel diodo zener inizia ad aumentare. La cosa più importante è non esagerare con la potenza attuale, più di Imax, altrimenti il ​​diodo zener arriverà a un kerdyk. La migliore modalità operativa del diodo Zener è considerata quella in cui l'intensità della corrente attraverso il diodo Zener si trova a metà strada tra i suoi valori massimo e minimo. Sul grafico, questo sarà punto operativo modalità operativa del diodo zener (contrassegnato con un cerchio rosso).

Conclusione

In precedenza, in tempi di scarsità di pezzi di ricambio e all'inizio del periodo di massimo splendore dell'elettronica, il diodo zener veniva spesso utilizzato, stranamente, per stabilizzare la tensione di uscita. Nei vecchi libri sovietici sull'elettronica, puoi vedere una sezione del circuito di varie fonti di energia:

A sinistra, nella cornice rossa, ho segnato una sezione familiare del circuito di alimentazione. Qui otteniamo una tensione costante da una alternata. A destra, in una cornice verde, c'è uno schema di stabilizzazione ;-).

Attualmente, i regolatori di tensione a tre terminali (integrati) stanno sostituendo gli stabilizzatori sui diodi zener, poiché stabilizzano la tensione molte volte meglio e hanno un buon potere di dissipazione.

Su Ali, puoi prendere immediatamente un intero set di diodi zener, che vanno da 3,3 Volt a 30 Volt. Scegliere secondo il vostro gusto e colore.

19. Collegamento in serie e parallelo di diodi di potenza, calcolo degli elementi di livellamento.

Attualmente sono stati creati diodi di potenza per correnti superiori a 1000 A e tensioni superiori a 1000 V.

Quando i diodi sono collegati in serie e in parallelo, a causa della mancata corrispondenza delle loro caratteristiche I-V, si verificano distribuzioni non uniformi di tensioni o correnti tra i singoli diodi. Nella fig. 1.3 mostra gli schemi: connessione seriale (Fig. 1.3, a) e parallela (Fig. 1.3, 6) di due diodi. Esistono anche rami diretti (Fig. 1.3, d) e inversi (Fig. 1.3, c) delle caratteristiche I-V dei diodi collegati. Secondo le caratteristiche I-V indicate, quando i diodi sono collegati in serie, la tensione inversa U R applicata ad essi con le stesse correnti inverse I R è distribuita in modo non uniforme tra i diodi: la tensione U R 1 viene applicata al diodo VD1 e la tensione U R 2 è applicato al diodo VD 2 (Fig. 1-3, c) . Quando i diodi sono collegati in parallelo, anche la corrente totale I F che li attraversa con le stesse cadute di tensione continua U F è distribuita in modo non uniforme: la corrente I F 1 scorre attraverso il diodo VD 1 e la corrente I F 2 (Fig. 1.3, d) . Per evitare guasti ai diodi dovuti a sovracorrente o sovratensione, vengono adottate misure speciali per equalizzare i parametri specificati tra i singoli diodi. Quando i diodi sono collegati in serie, i resistori collegati in parallelo ai diodi vengono solitamente utilizzati per equalizzare le tensioni e, quando collegati in parallelo, vengono utilizzati divisori induttivi di vario tipo.

Riso. 1.3. Collegamento in serie e parallelo di diodi

20. Diodi zener di potenza e limitatori di tensione, simbolo, parametri fondamentali e Vah, ambiti di utilizzo.

Un diodo zener (diodo Zener) è un diodo a semiconduttore progettato per mantenere la tensione di una fonte di alimentazione a un determinato livello. Rispetto ai diodi convenzionali, ha una tensione di rottura regolata abbastanza bassa (quando invertita) e può mantenere questa tensione a un livello costante con un cambiamento significativo nell'intensità della corrente inversa. I materiali utilizzati per creare la giunzione p-n dei diodi zener hanno un'alta concentrazione di elementi di lega (impurità). Pertanto, a tensioni inverse relativamente piccole, nella giunzione si forma un forte campo elettrico, che provoca la sua rottura elettrica, che in questo caso è reversibile (se non si verifica una rottura termica a causa della troppa corrente). Il funzionamento del diodo zener si basa su due meccanismi: Rottura a valanga della giunzione p-n

Rottura per tunneling della giunzione pn (effetto Zener nella letteratura inglese). Nonostante i risultati simili dell'azione, questi meccanismi sono diversi, sebbene siano presenti insieme in qualsiasi diodo zener, ma solo uno di essi prevale. Per i diodi Zener fino a una tensione di 5,6 Volt predomina la rottura a tunnel con coefficiente di temperatura negativo [fonte non specificata 304 giorni], al di sopra di 5,6 Volt diventa dominante la rottura a valanga con coefficiente di temperatura positivo [fonte non specificata 304 giorni]. A una tensione di 5,6 volt, entrambi gli effetti sono bilanciati, quindi la scelta di questa tensione è la soluzione migliore per dispositivi con un ampio intervallo di temperature di applicazione [fonte non specificata 321 giorni]. La modalità di breakdown non è correlata all'iniezione di portatori di carica minori. Pertanto, nel diodo zener, sono praticamente assenti fenomeni di iniezione legati all'accumulo e al riassorbimento di portatori di carica durante la transizione dalla regione di breakdown alla regione di blocking e viceversa. Ciò consente loro di essere utilizzati nei circuiti a impulsi come morsetti di livello e limitatori.

Tipi di diodi Zener: precisione- hanno una maggiore stabilità della tensione di stabilizzazione, per loro vengono introdotti standard aggiuntivi per l'instabilità temporanea della tensione e il coefficiente di temperatura della tensione (ad esempio: 2S191, KS211, KS520); bilaterale- fornire stabilizzazione e limitazione delle tensioni bipolari, per esse il valore assoluto dell'asimmetria della tensione di stabilizzazione viene ulteriormente normalizzato (ad esempio: 2S170A, 2S182A); azione rapida- avere un valore ridotto della capacità di barriera (decine di pF) e una breve durata del transitorio (unità di ns), che consente di stabilizzare e limitare gli impulsi di tensione di breve durata (ad esempio: 2S175E, KS182E, 2S211E).

Esistono microcircuiti del regolatore di tensione lineare a due terminali che hanno lo stesso circuito di commutazione del diodo zener e spesso la stessa designazione sugli schemi elettrici.

Tipico circuito di commutazione del diodo zener

Designazione del diodo Zener sugli schemi elettrici

Designazione di un diodo zener a due anodi sugli schemi elettrici

Opzioni. Tensione di stabilizzazione- il valore della tensione sul diodo zener durante il passaggio di una determinata corrente di stabilizzazione. La tensione di rottura del diodo, e quindi la tensione di stabilizzazione del diodo zener, dipende dallo spessore della giunzione p-n o dalla resistività della base del diodo. Pertanto, diversi diodi zener hanno tensioni di stabilizzazione diverse (da 3 a 400 V). Coefficiente di temperatura della tensione di stabilizzazione- il valore determinato dal rapporto tra la variazione relativa della temperatura ambiente a una corrente di stabilizzazione costante. I valori di questo parametro sono diversi per i diversi diodi zener. Il coefficiente può avere valori sia positivi che negativi rispettivamente per i diodi zener ad alta e bassa tensione. Il cambio di segno corrisponde ad una tensione di stabilizzazione di circa 6V. Resistenza differenziale- il valore determinato dal rapporto tra l'incremento della tensione di stabilizzazione e il piccolo incremento di corrente che lo ha causato in un dato intervallo di frequenza. Dissipazione di potenza massima consentita- la massima potenza costante o media dissipata sul diodo zener, alla quale è garantita l'affidabilità specificata.

Le moderne apparecchiature elettroniche impongono requisiti severi sulla stabilità della tensione costante della fonte di alimentazione. Quanto severi questi requisiti possono essere giudicati da tali cifre. Una bassa stabilità è considerata tale in cui le variazioni nella tensione di uscita della fonte di alimentazione sono del 2-5%, la stabilità media è dello 0,5-2%, quella alta è dello 0,1-0,5%, molto alta è inferiore allo 0,1%. Una stabilità così elevata dell'alta tensione dell'alimentatore non può essere ottenuta senza un dispositivo speciale: uno stabilizzatore di tensione costante, che viene acceso all'uscita dell'alimentatore.

Dovrebbe essere sostituito che le cause principali che causano fluttuazioni nella tensione di uscita dell'alimentatore sono cambiamenti nella tensione di rete e nella resistenza di carico. Entrambi i fattori destabilizzanti possono essere lenti, da alcuni minuti a diverse ore, e veloci, frazioni di secondo. Sia questi che altri cambiamenti nella tensione costante influiscono negativamente sul funzionamento delle apparecchiature elettroniche, pertanto lo stabilizzatore deve funzionare in modo continuo e automatico.

Sulla base di quanto sopra esposto si può dare la seguente definizione. Uno stabilizzatore di tensione è un dispositivo che mantiene la tensione sul carico con la precisione richiesta quando la tensione di rete e la resistenza del carico cambiano entro i limiti specificati. Si basa su un diodo zener, un diodo al silicio, la cui resistenza interna cambia poco con una variazione di corrente. La piccola dipendenza della caduta di tensione attraverso il diodo zener dalla corrente circolante è la proprietà principale del diodo zener. Grazie a questa proprietà, la tensione sul diodo zener, e quindi il carico ad esso collegato, viene mantenuta quasi costante.

Figura 1 Caratteristica volt-ampere di un diodo zener

Le caratteristiche di corrente-tensione di molti dei diodi zener più comunemente utilizzati sono mostrate nella Figura 1. Quando un diodo zener è acceso nella direzione in avanti (in avanti), la sua caratteristica di corrente-tensione è simile alla caratteristica di corrente-tensione di un diodo al silicio. Ma il diodo zener funziona in modalità di tensione inversa. Con un aumento della tensione inversa, la corrente attraverso il diodo zener cresce dapprima molto lentamente (sulla caratteristica c'è una sezione orizzontale dei rami), e poi, ad un certo valore della tensione inversa, si verifica la cosiddetta “rottura " si verifica la giunzione p-n, dopo di che anche un piccolo aumento di tensione influisce in modo significativo sull'aumento di corrente attraverso un diodo zener (sulla caratteristica - una sezione del ramo che cade). Per diversi diodi zener, la modalità "guasto" si verifica a diverse tensioni inverse: per il diodo zener KS 133A, ad esempio, a 3 ... 3,7 V, per il diodo zener D808 - a 7 ... 8,5 V.

Negli stabilizzatori di tensione, i diodi Zener funzionano nelle modalità corrispondenti a queste sezioni delle loro caratteristiche corrente-tensione. La rottura della giunzione p-n non comporta danni al diodo zener se la corrente che lo attraversa non supera il valore consentito.

Le proprietà stabilizzanti di un tale dispositivo a semiconduttore sono caratterizzate dalla sua resistenza differenziale, che è espressa come il rapporto tra la variazione della tensione di stabilizzazione e la piccola variazione della corrente di stabilizzazione che ne è la causa.

Affinché lo stabilizzatore possa svolgere la sua funzione, la corrente che lo attraversa non deve essere inferiore alla corrente minima di stabilizzazione, ad es. la corrente più piccola alla quale il funzionamento del diodo zener in modalità guasto è stabile, e non superiore alla corrente massima corrente di stabilizzazione della corrente più alta alla quale la temperatura di riscaldamento del diodo zener a giunzione p-n non supera quella consentita. Quando si sceglie un dispositivo a semiconduttore per il funzionamento in uno stabilizzatore di tensione, viene guidato dalla sua tensione di stabilizzazione, la tensione tra le sue uscite in modalità operativa.

Figura 2 Schema elettrico dello stabilizzatore parametrico più semplice

Parte pratica

1) Eliminazione delle caratteristiche corrente-tensione

Figura 3 Schema del circuito elettrico per acquisire la caratteristica corrente-tensione di un diodo zener

Ecco la polarità per il ramo inverso della caratteristica, per rimuovere il ramo diretto rispettivamente cambiare la polarità dell'alimentazione e collegare gli strumenti di misura.

Montiamo il circuito secondo la Figura 3. Per rimuovere le caratteristiche corrente-tensione del diodo zener, modificare prima la tensione diretta e poi quella inversa fornita al diodo e monitorare i cambiamenti nella corrente nel circuito. Per costruire una caratteristica è sufficiente effettuare 5-6 letture strumentali per il ramo diretto e 8-10 letture per il ramo inverso della caratteristica. La caratteristica dovrebbe essere presa con particolare attenzione nella sezione di stabilizzazione, poiché qui, in un'ampia gamma di variazioni della corrente dei diodi, la tensione Ust cambia leggermente. I dati osservativi sono registrati nella tabella I = f (U)

2) Costruzione della caratteristica corrente-tensione

Il grafico della caratteristica corrente-tensione di un diodo zener al silicio è costruito secondo i risultati della tabella. Una vista approssimativa della caratteristica corrente-tensione è mostrata nella Figura 4.

Figura 4 Vista approssimativa della caratteristica corrente-tensione

Figura 5 Schema elettrico per lo studio di uno stabilizzatore parametrico

Il circuito per lo studio di uno stabilizzatore parametrico è mostrato nella Figura 5. I resistori di carico R2 o R3 con resistenze diverse sono collegati a turno, modificando così la corrente di carico.

Ordine di lavoro

1. Collegare l'apparecchiatura di misurazione e una fonte di alimentazione al circuito per lo studio dello stabilizzatore parametrico. Preparare gli strumenti per misurare i parametri rilevanti.
2. Calcolare il coefficiente di stabilizzazione della tensione Kst dello stabilizzatore utilizzando i parametri noti del circuito.
3. Determinare sperimentalmente e annotare nella tabella il coefficiente di stabilizzazione della tensione per le variazioni della tensione di ingresso da 25 a 30 V per entrambi i resistori di carico. Perché impostare la tensione di ingresso dello stabilizzatore con una precisione di 0,05 V. Quindi, aumentando la tensione di ingresso a 30 V, misurare nuovamente la tensione di ingresso. In base ai risultati delle misurazioni registrate nella tabella, utilizzando la formula (6), determinare il coefficiente di stabilizzazione desiderato, confrontandolo con i calcoli effettuati nel paragrafo 2, dato che possono differire del 20-30%.
4. Determinare mediante calcolo e sperimentare la resistenza minima e massima del resistore di zavorra. Per determinare la resistenza del resistore di zavorra utilizzando le formule (4), è necessario misurare i valori minimo e massimo della corrente di carico, determinati a qualsiasi tensione di ingresso compresa tra 25 e 30 V. Come tensione Ust, prendere la tensione valore Un dalla tabella, arrotondandolo a 0,1 frazioni di volt.
5. Determinazione del coefficiente di stabilizzazione.

Il diodo zener D814B utilizzato nel lavoro di laboratorio e i resistori (resistenza di zavorra R1 MLT-2 510 Ohm, resistori di carico R2 MLT-1 1 kOhm e R3 MLT-0,5 3 kOhm) sono fissati su una scheda in fibra di vetro a un lato.

La prima parte del lavoro di laboratorio consiste nel prendere i rami diretto e inverso della caratteristica corrente-tensione del diodo zener

Nella seconda parte viene assemblato un semplice stabilizzatore parametrico basato su un diodo zener.

Modificando la tensione all'ingresso dello stabilizzatore, puoi assicurarti che la tensione sul carico (resistore R2 o R3) praticamente non cambierà. Allo stesso modo, commutando i resistori R2 o R3, è possibile assicurarsi che anche una variazione della resistenza di carico non porti a fluttuazioni significative di tensione su di essa.

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Discuti l'articolo STABILITRONI

Molti, molti anni fa, una parola come diodo zener non esisteva affatto. Soprattutto negli elettrodomestici.

Proviamo a immaginare un ingombrante ricevitore a valvole della metà del XX secolo. Molti li hanno sacrificati per la propria curiosità, quando papà e mamma hanno ricevuto qualcosa di nuovo e "Record" o "Neman" sono stati dati per essere fatti a pezzi.

L'alimentazione del ricevitore a tubo era estremamente semplice: un potente trasformatore cubico, che di solito aveva solo due avvolgimenti secondari, un ponte a diodi o un raddrizzatore al selenio, due condensatori elettrolitici e un resistore da due watt tra di loro.

Il primo avvolgimento alimentava il bagliore di tutte le lampade del ricevitore con corrente alternata e una tensione di 6,3 V (volt), e circa 240 V arrivavano al raddrizzatore primitivo per alimentare gli anodi delle lampade. Non si è parlato di stabilizzazione della tensione. Basandosi sul fatto che la ricezione delle stazioni radio veniva effettuata su onde lunghe, medie e corte con una banda molto stretta e una qualità pessima, la presenza o l'assenza di stabilizzazione della tensione di alimentazione non ha influenzato affatto questa qualità, e semplicemente non potrebbe esserci una decente auto-sintonizzazione della frequenza su quell'elemento base.

Gli stabilizzatori a quel tempo venivano utilizzati solo nei ricevitori e trasmettitori militari, ovviamente anche a valvole. Per esempio: SG1P- stabilizzatore a scarica di gas del tipo a dito. Ciò è continuato fino all'avvento dei transistor. E poi si è scoperto che i circuiti realizzati sui transistor sono molto sensibili alle fluttuazioni della tensione di alimentazione e un normale raddrizzatore semplice non è più sufficiente. Utilizzando il principio fisico inerente ai dispositivi a scarica di gas, è stato creato un diodo Zener a semiconduttore, meno comunemente chiamato diodo Zener.

Rappresentazione grafica di un diodo zener su schemi elettrici.

Aspetto dei diodi Zener. Il primo in alto in un pacchetto per montaggio superficiale. Il secondo dall'alto è racchiuso in una teca di vetro DO-35 e ha una potenza di 0,5 W. Il terzo è 1 W (DO-41). Naturalmente, i diodi zener sono realizzati in vari casi. A volte due elementi vengono combinati in un caso.

Il principio di funzionamento del diodo zener.

Innanzitutto non dobbiamo dimenticare che il diodo zener funziona solo nei circuiti CC. La tensione viene applicata con polarità inversa, ovvero un meno "-" verrà applicato all'anodo del diodo zener. Con questo collegamento scorre una corrente inversa ( Io arr) dal raddrizzatore. La tensione dall'uscita del raddrizzatore può cambiare, cambierà anche la corrente inversa e la tensione sul diodo zener e sul carico rimarrà invariata, cioè stabile. La figura seguente mostra la caratteristica volt-ampere di un diodo zener.

Il diodo zener lavora sul ramo inverso della caratteristica I-V (Caratteristica Volt-Ampere), come mostrato in figura. I suoi parametri principali sono Ust. (tensione di stabilizzazione) e Io st. (corrente di stabilizzazione). Questi dati sono indicati nel passaporto per un tipo specifico di diodo zener. Inoltre, il valore della corrente massima e minima viene preso in considerazione solo quando si calcolano gli stabilizzatori con una grande variazione di tensione prevista.

I parametri principali dei diodi zener.

Per scegliere il diodo zener giusto, è necessario comprendere la marcatura dei dispositivi a semiconduttore. In precedenza, tutti i tipi di diodi, compresi i diodi Zener, erano contrassegnati dalla lettera "D" e da un numero che determina il tipo di dispositivo. Ecco un esempio di un diodo zener D814 molto popolare (A, B, C, D). La lettera mostrava la tensione di stabilizzazione.

Accanto ai dati del passaporto di un moderno diodo zener ( 2C147A ), che veniva utilizzato negli stabilizzatori per alimentare i circuiti delle popolari serie di microcircuiti K155 e K133 realizzati con la tecnologia TTL e con una tensione di alimentazione di 5 V.

Per comprendere i segni e i parametri principali dei moderni dispositivi domestici a semiconduttore, è necessario conoscere un po' i simboli. Assomigliano a questo: numero 1 o lettera G - germanio, numero 2 o lettera K - silicio, numero 3 o lettera A - arseniuro di gallio. Questo è il primo segno. D - diodo, T - transistor, C - diodo zener, L - LED. Questo è il secondo segno. Il terzo carattere è un gruppo di numeri che indica la portata del dispositivo. Quindi: GT 313 (1T 313) - un transistor al germanio ad alta frequenza, 2S147 - un diodo zener al silicio con una tensione di stabilizzazione nominale di 4,7 volt, AL307 - un LED all'arseniuro di gallio.

Ecco uno schema di un regolatore di tensione semplice ma affidabile.

Tra il collettore di un potente transistor e la custodia, dal raddrizzatore viene fornita una tensione pari a 12-15 volt. Dall'emettitore del transistor rimuoviamo 9 V di tensione stabilizzata, poiché utilizziamo un elemento D814B affidabile come diodo zener VD1 (vedi tabella). Resistore R1 - 1 kOhm, transistor KT819 che fornisce corrente fino a 10 ampere.

Il transistor deve essere posizionato su un dissipatore di calore. L'unico inconveniente di questo circuito è l'impossibilità di regolare la tensione di uscita. Nei circuiti più complessi è ovviamente disponibile un resistore di sintonizzazione. Tutti gli alimentatori per radioamatori da laboratorio e domestici hanno la possibilità di regolare la tensione di uscita da 0 a 20 - 25 volt.

stabilizzatori integrati.

Lo sviluppo della microelettronica integrata e l'emergere di circuiti multifunzionali con gradi di integrazione medi e grandi, ovviamente, hanno influenzato anche i problemi associati alla stabilizzazione della tensione. L'industria nazionale si è tesa e ha lanciato sul mercato dei componenti radioelettronici la serie K142, composta solo da stabilizzatori integrali. Il nome completo del prodotto era KR142EN5A, ma poiché la custodia era piccola e il nome non era stato completamente rimosso, iniziarono a scrivere KREN5A o B, e nella conversazione venivano semplicemente chiamati "rotoli".

La serie stessa era piuttosto ampia. A seconda della lettera, la tensione di uscita variava. Ad esempio, KREN3 emetteva da 3 a 30 volt con possibilità di regolazione e KREN15 era una fonte di alimentazione bipolare da quindici volt.

Collegare gli stabilizzatori integrati della serie K142 è stato estremamente semplice. Due condensatori di livellamento e lo stabilizzatore stesso. Dai un'occhiata al diagramma.

Se c'è bisogno di ottenere un'altra tensione stabilizzata, allora procediamo come segue: diciamo che utilizziamo il chip KREN5A a 5V, ma abbiamo bisogno di una tensione diversa. Successivamente viene posizionato un diodo zener tra la seconda uscita e il case in modo tale che sommando la tensione di stabilizzazione del microcircuito e il diodo zener si otterrebbe la tensione desiderata. Se aggiungiamo un diodo zener KS191 a V = 9,1 + 5 V del microcircuito, otterremo 14,1 volt in uscita.

Un diodo zener è un diodo a semiconduttore con proprietà uniche. Se un semiconduttore convenzionale è un isolante quando viene riacceso, esegue questa funzione fino a un certo aumento dell'entità della tensione applicata, dopo di che si verifica una rottura reversibile simile a una valanga. Con un ulteriore aumento della corrente inversa che scorre attraverso il diodo Zener, la tensione continua a rimanere costante a causa di una proporzionale diminuzione della resistenza. In questo modo è possibile ottenere la stabilizzazione.

Nello stato chiuso, una piccola corrente di dispersione passa prima attraverso il diodo zener. L'elemento si comporta come un resistore, il cui valore di resistenza è elevato. Durante il guasto, la resistenza del diodo Zener diventa trascurabile. Se continuiamo ad aumentare la tensione in ingresso, l'elemento inizia a riscaldarsi e quando la corrente supera il valore consentito si verifica una rottura termica irreversibile. Se la questione non viene portata a questo, quando la tensione cambia da zero al limite superiore dell'area di lavoro, le proprietà del diodo zener vengono preservate.

Quando un diodo zener viene acceso direttamente, le caratteristiche non sono diverse da quelle di un diodo. Quando il positivo è collegato alla regione p e il meno è collegato alla regione n, la resistenza di transizione è piccola e la corrente scorre liberamente attraverso di essa. Aumenta all'aumentare della tensione di ingresso.

Un diodo zener è un diodo speciale, collegato principalmente nella direzione opposta. L'elemento è prima nello stato chiuso. In caso di guasto elettrico, il diodo Zener mantiene la tensione costante in un ampio intervallo di corrente.

Meno viene applicato all'anodo e più al catodo. Oltre la stabilizzazione (al di sotto del punto 2), si verifica il surriscaldamento e aumenta la probabilità di guasto dell'elemento.

Caratteristiche

I parametri dei diodi zener sono i seguenti:

• U st - tensione di stabilizzazione alla corrente nominale I st;
• I articolo min - la corrente minima dell'inizio del guasto elettrico;
• I st max - corrente massima consentita;
• TKN - coefficiente di temperatura.

A differenza di un diodo convenzionale, un diodo Zener è un dispositivo a semiconduttore in cui, secondo la caratteristica corrente-tensione, le zone di guasto elettrico e termico sono sufficientemente distanti l'una dall'altra.

La corrente massima consentita è associata ad un parametro spesso indicato nelle tabelle - potenza dissipabile:

P max \u003d I st max ∙ U st.

La dipendenza dalla temperatura del funzionamento del diodo zener può essere positiva o negativa. Quando si collegano elementi in serie con coefficienti di segno diverso, si creano diodi zener di precisione che non dipendono dal riscaldamento o dal raffreddamento.

Schemi di commutazione

Un tipico circuito di un semplice stabilizzatore è costituito da una resistenza di zavorra R b e un diodo zener che devia il carico.

In alcuni casi, si verifica una violazione della stabilizzazione.

1. Fornire alta tensione allo stabilizzatore da una fonte di alimentazione in presenza di un condensatore di filtraggio in uscita. I picchi di corrente durante la ricarica possono causare il guasto del diodo zener o la distruzione del resistore R b.
2. Perdita di carico. Quando viene applicata la tensione massima all'ingresso, la corrente del diodo zener può superare quella consentita, il che porterà al suo riscaldamento e alla sua distruzione. Qui è importante osservare l'area del passaporto per il lavoro sicuro.
3. La resistenza R b è selezionata piccola in modo che alla tensione di alimentazione minima possibile e alla corrente massima consentita sul carico, il diodo zener si trovi nella zona di regolazione del funzionamento.

Per proteggere lo stabilizzatore, i circuiti di protezione del tiristore o

Il resistore R b è calcolato dalla formula:

R b \u003d (U pet - U nom) (I st + I n).

La corrente del diodo zener I st viene selezionata tra i valori massimo e minimo consentiti, in base alla tensione di ingresso U pit e alla corrente di carico I n.

Scelta dei diodi zener

Gli elementi hanno un'ampia diffusione nella tensione di stabilizzazione. Per ottenere il valore esatto di U n, i diodi zener vengono selezionati dallo stesso lotto. Esistono tipi con una gamma di parametri più ristretta. Con un'elevata dissipazione di potenza, gli elementi sono installati sui radiatori.

Per calcolare i parametri del diodo zener, sono richiesti i dati iniziali, ad esempio quanto segue:

• U pit \u003d 12-15 V - tensione di ingresso;
• U st \u003d 9 V - tensione stabilizzata;

I parametri sono tipici per dispositivi a basso consumo energetico.

Per una tensione di ingresso minima di 12 V, la corrente di carico viene selezionata al massimo - 100 mA. Secondo la legge di Ohm, puoi trovare il carico totale del circuito:

R ∑ \u003d 12 V / 0,1 A \u003d 120 Ohm.

La caduta di tensione sul diodo zener è 9 V. Per una corrente di 0,1 A, il carico equivalente sarà:

R equiv \u003d 9 V / 0,1 A \u003d 90 Ohm.

Ora puoi determinare la resistenza della zavorra:

R b \u003d 120 Ohm - 90 Ohm \u003d 30 Ohm.

Viene selezionato dalla serie standard, dove il valore coincide con il valore calcolato.

La corrente massima attraverso il diodo Zener viene determinata tenendo conto della disconnessione del carico in modo che non si guasti se qualche filo viene dissaldato. La caduta di tensione sul resistore sarà:

U R \u003d 15 - 9 \u003d 6 V.

Quindi viene determinata la corrente attraverso il resistore:

I R \u003d 6/30 \u003d 0,2 A.

Poiché il diodo zener è collegato ad esso in serie, I c \u003d I R \u003d 0,2 A.

La potenza dissipata sarà P = 0,2∙9 = 1,8 W.

In base ai parametri ottenuti, viene selezionato un diodo Zener D815V adatto.

Diodo zener simmetrico

Un tiristore a diodo simmetrico è un dispositivo di commutazione che conduce corrente alternata. Una caratteristica del suo lavoro è una caduta di tensione fino a diversi volt quando acceso nell'intervallo 30-50 V. Può essere sostituito da due diodi zener convenzionali controconnessi. I dispositivi vengono utilizzati come elementi di commutazione.

Analogo del diodo Zener

Quando non è possibile selezionare un elemento adatto, viene utilizzato un analogo di un diodo zener sui transistor. Il loro vantaggio è la possibilità di regolazione della tensione. A tale scopo è possibile utilizzare amplificatori CC a più stadi.

All'ingresso è installato un divisore di tensione con R1. Se la tensione di ingresso aumenta, sulla base del transistor VT1 aumenta anche. Allo stesso tempo, aumenta la corrente attraverso il transistor VT2, che compensa l'aumento della tensione, mantenendola stabile in uscita.

Marcatura del diodo Zener

Vengono prodotti diodi zener in vetro e diodi zener in custodie di plastica. Nel primo caso, vengono applicati 2 numeri, tra i quali si trova la lettera V. L'iscrizione 9V1 significa che U st \u003d 9.1 V.

Sulla custodia in plastica, le iscrizioni vengono decifrate utilizzando una scheda tecnica, dove è possibile scoprire anche altri parametri.

L'anello scuro sulla custodia indica il catodo a cui è collegato il positivo.

Conclusione

Un diodo zener è un diodo con proprietà speciali. Il vantaggio dei diodi zener è un elevato livello di stabilizzazione della tensione con un'ampia gamma di variazioni della corrente operativa, nonché schemi di connessione semplici. Per stabilizzare una piccola tensione, i dispositivi vengono accesi in avanti e iniziano a funzionare come normali diodi.