Le 3 migliori applicazioni che coinvolgono la funzionalità di lavoro del diodo Zener

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I diodi Zener sono normali diodi a giunzione PN che funzionano in condizioni di polarizzazione inversa. Il funzionamento del diodo Zener è simile a un diodo a giunzione PN in condizione di polarizzazione in avanti, ma l'unicità sta nel fatto che può anche condurre quando è collegato in polarizzazione inversa al di sopra della sua tensione di soglia / rottura. Questi sono tra i tipi base di diodi usato frequentemente, a parte i normali diodi.

Diodo Zener funzionante

Diodo Zener funzionante



Diodo a semiconduttore in condizione di polarizzazione inversa

Se puoi ricordare, un semplice diodo a giunzione PN è formato da una combinazione di materiale semiconduttore di tipo p con un materiale semiconduttore di tipo n. Quando un lato di un cristallo semiconduttore è drogato con impurità donatrici e l'altro lato con impurità accettori, si forma una giunzione PN.


Diodo semiconduttore imparziale

In condizioni normali, i buchi dal lato p tendono a diffondersi in una regione a bassa concentrazione e la stessa cosa accade per gli elettroni dal lato n.



Pertanto i fori si diffondono sul lato n e gli elettroni si diffondono sul lato p. Ciò si traduce nell'accumulo di cariche attorno alla giunzione, formando una regione di esaurimento.

Diodo semiconduttore imparziale

Diodo semiconduttore imparziale

Una polarità elettrica o un dipolo elettrico è formato attraverso la giunzione, provocando il flusso di flusso dal lato n lato superiore. Ciò si traduce in una variazione dell'intensità del campo elettrico negativo, che genera un potenziale elettrico attraverso la giunzione. Questo potenziale elettrico è in realtà la tensione di soglia del diodo ed è di circa 0,6 V per il silicio e 0,2 V per il germanio. Questo funge da potenziale barriera per il flusso della maggior parte dei portatori di carica e il dispositivo non conduce.

Ora, quando un diodo normale è polarizzato in modo tale da applicare una tensione negativa al lato ne una tensione positiva al lato p, si dice che il diodo sia in condizione di polarizzazione diretta. Questa tensione applicata tende a diminuire la barriera potenziale dopo che supera la tensione di soglia.


A questo punto e in seguito, i portatori maggioritari attraversano la barriera potenziale e il dispositivo inizia a condurre con il flusso di corrente che lo attraversa.

Quando il diodo è polarizzato nella condizione inversa a quella sopra, la tensione applicata è tale da aumentare la potenziale barriera e ostacolare il flusso dei portatori maggioritari. Tuttavia, consente il flusso di portatori minoritari (buchi nel tipo n ed elettroni nel tipo p). Quando questa tensione di polarizzazione inversa aumenta, la corrente inversa tende ad aumentare gradualmente.

Ad un certo punto, questa tensione è tale da provocare la rottura della regione di svuotamento, provocando un massiccio aumento del flusso di corrente. È qui che entra in gioco il funzionamento del diodo Zener.

Il principio alla base del funzionamento del diodo Zener

Come affermato sopra, il principio di base alla base del funzionamento di un diodo Zener risiede nella causa del guasto per un diodo in condizione di polarizzazione inversa. Normalmente ci sono due tipi di guasto: Zener e Avalanche.

Principio alla base del funzionamento del diodo zener

Principio alla base del funzionamento del diodo zener

Zener Breakdown

Questo tipo di guasto si verifica per una tensione di polarizzazione inversa compresa tra 2 e 8 V. Anche a questa bassa tensione, l'intensità del campo elettrico è abbastanza forte da esercitare una forza sugli elettroni di valenza dell'atomo in modo tale che siano separati dai nuclei. Ciò si traduce nella formazione di coppie mobili elettrone-lacuna, aumentando il flusso di corrente attraverso il dispositivo. Il valore approssimativo di questo campo è di circa 2 * 10 ^ 7 V / m.

Questo tipo di guasto si verifica normalmente per un diodo altamente drogato con bassa tensione di rottura e un campo elettrico più ampio. All'aumentare della temperatura, gli elettroni di valenza acquisiscono più energia per interrompere il legame covalente e viene richiesta una minore quantità di tensione esterna. Pertanto la tensione di rottura Zener diminuisce con la temperatura.

Avalanche breakdown

Questo tipo di guasto si verifica alla tensione di polarizzazione inversa superiore a 8 V e superiore. Si verifica per diodi leggermente drogati con una grande tensione di rottura. Quando i portatori di carica di minoranza (elettroni) fluiscono attraverso il dispositivo, tendono a scontrarsi con gli elettroni nel legame covalente e causare la rottura del legame covalente. All'aumentare della tensione, aumenta anche l'energia cinetica (velocità) degli elettroni ei legami covalenti vengono interrotti più facilmente, provocando un aumento delle coppie elettrone-lacuna. La tensione di rottura della valanga aumenta con la temperatura.

3 Applicazioni del diodo Zener

1. Diodo Zener come tensione

In un circuito CC, il diodo Zener può essere utilizzato come regolatore di tensione o per fornire un riferimento di tensione. L'uso principale del diodo Zener risiede nel fatto che la tensione ai capi di un diodo Zener rimane costante per una variazione maggiore di corrente. Ciò rende possibile utilizzare un diodo Zener come dispositivo a tensione costante o regolatore di tensione.

In qualunque circuito di alimentazione , un regolatore viene utilizzato per fornire una tensione di uscita (carico) costante indipendentemente dalla variazione della tensione di ingresso o dalla variazione della corrente di carico. La variazione della tensione di ingresso è chiamata regolazione di linea, mentre la variazione della corrente di carico è chiamata regolazione del carico.

Diodo Zener come regolatore di tensione

Diodo Zener come regolatore di tensione

Un semplice circuito che coinvolge il diodo Zener come regolatore richiede un resistore di valore basso collegato in serie con la sorgente di tensione di ingresso. Il valore basso è richiesto in modo da consentire il massimo flusso di corrente attraverso il diodo, collegato in parallelo. Tuttavia, l'unico vincolo è che la corrente attraverso il diodo Zener non deve essere inferiore alla corrente minima del diodo Zener. In poche parole, per una tensione di ingresso minima e una corrente di carico massima, la corrente del diodo Zener dovrebbe essere sempre I.zmin.

Durante la progettazione di un regolatore di tensione utilizzando un diodo Zener, quest'ultimo viene scelto rispetto alla sua potenza nominale massima. In altre parole, la corrente massima attraverso il dispositivo dovrebbe essere: -

iomax= Potenza / Tensione Zener

Poiché la tensione di ingresso e la tensione di uscita richiesta sono note, è più facile scegliere un diodo Zener con una tensione approssimativamente uguale alla tensione di carico, ovvero Vz ~ = Vo.

Il valore del resistore in serie viene scelto come

R = (Vnel- Vcon)/(IOzmin+ IL), dove ioL= Tensione di carico / Resistenza di carico.

Si noti che per tensioni di carico fino a 8 V, è possibile utilizzare un singolo diodo Zener. Tuttavia per tensioni di carico superiori a 8 V, che richiedono tensioni Zener di valore di tensione più elevato, è consigliabile utilizzare un diodo polarizzato direttamente in serie con il diodo Zener. Questo perché il diodo Zener a tensione più alta segue il principio di rottura delle valanghe, avendo una temperatura positiva del coefficiente.

Quindi un diodo a coefficiente di temperatura negativo viene utilizzato per la compensazione. Naturalmente, oggigiorno vengono utilizzati pratici diodi Zener con compensazione della temperatura.

2. Diodo Zener come riferimento di tensione

Diodo Zener come riferimento di tensione

Diodo Zener come riferimento di tensione

Negli alimentatori e in molti altri circuiti, il diodo Zener trova la sua applicazione come fornitore di tensione costante o riferimento di tensione. Le uniche condizioni sono che la tensione di ingresso dovrebbe essere maggiore della tensione Zener e il resistore in serie dovrebbe avere un valore minimo tale che la corrente massima attraversi il dispositivo.

3. Diodo Zener come morsetto di tensione

In un circuito che coinvolge la sorgente di ingresso CA, diversa dal normale Circuito di serraggio diodo PN , può essere utilizzato anche un diodo Zener. Il diodo può essere utilizzato per limitare il picco della tensione di uscita alla tensione Zener su un lato ea circa 0 V sull'altro lato della forma d'onda sinusoidale.

diodo zener come morsetto di tensione

diodo zener come morsetto di tensione

Nel circuito sopra, durante il semiciclo positivo, una volta che la tensione di ingresso è tale che il diodo zener è polarizzato inversamente, la tensione di uscita è costante per un certo periodo di tempo fino a quando la tensione inizia a diminuire.

Ora durante il semiciclo negativo, il diodo Zener è in connessione polarizzata in avanti. Quando la tensione negativa aumenta fino alla tensione di soglia di inoltro, il diodo inizia a condurre e il lato negativo della tensione di uscita è limitato alla tensione di soglia.

Si noti che per ottenere una tensione di uscita solo nell'intervallo positivo, utilizzare due diodi Zener polarizzati in modo opposto in serie.

Applicazioni di lavoro del diodo Zener

Con la crescente popolarità degli smartphone, progetti basati su Android sono preferiti in questi giorni. Questi progetti prevedono l'uso di Bluetooth dispositivi basati sulla tecnologia. Questi dispositivi Bluetooth richiedono circa 3 V di tensione per il funzionamento. In questi casi, viene utilizzato un diodo Zener per fornire un riferimento a 3 V al dispositivo Bluetooth.

Applicazione funzionante del diodo zener che coinvolge un dispositivo Bluetooth

Applicazione funzionante del diodo Zener che coinvolge un dispositivo Bluetooth

Un'altra applicazione prevede l'uso del diodo Zener come regolatore di tensione. Qui la tensione AC viene raddrizzata dal diodo D1 e filtrata dal condensatore. Questa tensione CC filtrata è regolata dal diodo per fornire una tensione di riferimento costante di 15 V. Questa tensione CC regolata viene utilizzata per pilotare il circuito di controllo, utilizzato per controllare l'accensione della luce, come in un sistema di controllo luci automatizzato.

Applicazione di regolazione della tensione del diodo Zener

Applicazione di regolazione della tensione del diodo Zener

Ci auguriamo di essere stati in grado di fornire informazioni precise ma essenziali sul funzionamento del diodo Zener e sulle sue applicazioni. Ecco una semplice domanda per i lettori: perché i circuiti integrati del regolatore sono per lo più preferiti al diodo Zener negli alimentatori CC regolati?

Dai le tue risposte e ovviamente il tuo feedback nella sezione commenti qui sotto.

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