Tomasz Ducin - Opracowanie laboratorium z Elektroniki – dioda Zenera

Laboratoria z Elektroniki – ćw. 5 Badanie 

charakterystyk diody Zenera

Tomasz Ducin, II rok informatyki dziennej

Z

AGADNIENIA

 

TEORETYCZNE

  

Dioda Zenera (stabilitron) to odmiana diody, której głównym parametrem jest 
napięcie   przebicia   złącza   P-N.   W   kierunku   przewodzenia   (anoda 
spolaryzowana dodatnio względem katody) zachowuje się jak normalna dioda, 
natomiast   przy   polaryzacji   zaporowej   (katoda   spolaryzowana   dodatnio 
względem   anody)   może   przewodzić   prąd   po   przekroczeniu   określonego 
napięcia na złączu, zwanego napięciem przebicia. Przy niewielkich napięciach 
(do  ok.   6V)   podstawową   rolę   odgrywa   zjawisko   Zenera,   powyżej   -   przebicie 
lawinowe. Napięcie przebicia jest praktycznie niezależne od płynącego prądu i 
zmienia się bardzo nieznacznie nawet przy dużych zmianach prądu przebicia 
(dioda posiada w tym stanie niewielką oporność dynamiczną).

Należy   podkreślić,   że   identycznie   zachowuje   się   każda   dioda 
półprzewodnikowa,   podstawowe   różnice   pozwalające   wydzielić   diodę   Zenera 
jako oddzielną kategorię elementów to dokładne określenie napięcia przebicia, 
z niewielką tolerancją, typowo 5% (dla np. diod prostowniczych ważne jest aby 
nie   było   mniejsze   od   zadanej   wartości),   minimalizacja   rezystancji 
dynamicznej,   czy   zapewnienie   możliwie   gwałtownego   przejścia   do   stanu 
przebicia złącza (możliwe ostre "kolano" na charakterystyce).

Podstawowym zastosowaniem diody 
Zenera   jest   źródło   napięcia 
odniesienia, ponadto używana bywa 
do   przesuwania   poziomów   napięć, 
jako   element   zabezpieczający   i 
przeciwprzepięciowy (transil).

Rys.1. symbol diody Zenera

Zjawisko   Zenera  występuje   w  silnie   domieszkowanych  złączach   p-n 
spolaryzowanych zaporowo. Objawia się nagłym, gwałtownym wzrostem prądu 
(prądem   Zenera)   gdy   napięcie   polaryzujące   przekroczy   pewną 
charakterystyczną   dla   danego   złącza   wartość   zwaną  napięciem   Zenera. 
Zjawisko Zenera jest również nazywane przebiciem Zenera, lecz to "przebicie" 
nie powoduje uszkodzenia złącza.

W   silnie   domieszkowanym   złączu   p-n   szerokość   obszaru   ładunku 
przestrzennego   jest   niewielka.   Jeśli   napięcie   polaryzcji   wstecznej   takiego 

-1-

Tomasz Ducin - Opracowanie laboratorium z Elektroniki – dioda Zenera

złącza   będzie   większe   od   napięcia   Zenera,   to   górna   krawędź   pasma 
walencyjnego   obszaru   typu   P   znajdzie   się   wyżej   niż   dolna   krawędź   pasma 
przewodzenia   obszaru   typu   N.   Dlatego   jeśli   elektron   znajdujący   się   na 
poziomie   walencyjnym   w   obszarze   typu   P   przejdzie   przez   obszar   ładunku 
przestrzennego   do   obszaru   typu   N,   to  bez   zmiany   energii  stanie   się   tam 
swobodnym nośnikiem – elektronem znajdującym się w paśmie przewodzenia 
półprzewodnika   typu   N.   Takie   przejście   nazywane   jest  przejściem 
tunelowym.

rys.2. Ilustracja zjawiska Zenera; UD - napięcie bariery potencjału, U - napięcie polaryzacji, q 

- ładunek elementarny

Ilustracja   zjawiska   Zenera;   UD   -   napięcie   bariery   potencjału,   U   -   napięcie 
polaryzacji, q – ładunek elementarny.
Pojawienie się tych swobodnych nośników w obszarze N powoduje zwiększenie 
prądu płynącego w obwodzie. Nawet niewielki wzrost napięcia polaryzującego 
(przekraczającego napięcie Zenera) daje bardzo duży przyrost prądu.

Zjawisko Zenera występuje dla napięć polaryzujących nie większych niż 5-6V.

-2-

Tomasz Ducin - Opracowanie laboratorium z Elektroniki – dioda Zenera

W

YKONANE

 

ĆWICZENIA

  

1.

Wyznaczyć charakterystykę prądowo-napięciową diody Zenera. Określić 
następnie   wartości   U

z

,   I

z

min

  oraz   wartości   oporu   dynamicznego   R

d

,   i 

oporu statycznego diody dla natężenia prądu

I

z

 = I

z

max

/2

Przy   zdejmowaniu   charakterystyki   w   kierunku   przewodzenia   i   w 
kierunku   zaporowym   zestawić   obwód   według   schematu   podanego   na 
rys.10.10a.

Dioda Zenera

        Kierunek przewodzenia

     Kierunek zaporowy

U(V)

I(mA)

U(V)

I(mA)

0.676

4

1

0

0.694

8,5

5

0

0.706

14

9,55

0,2

0.717

20

9,68

0,3

0.720

23

9,77

0,5

0.723

26

9,81

0,75

0.725

28

9,82

2,25

0.729

32

9,83

5

0.731

35

9,87

11

0.733

37

9,88

18

0.735

40

9,91

50

0.738

45

0.740

50

tabela.2.wyniki uzyskane podczas badania diody Zenera w obu kierunkach.

-3-

Tomasz Ducin - Opracowanie laboratorium z Elektroniki – dioda Zenera

rys.3.charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zenera w kierunku przewodzenia

rys.4.charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zenera w kierunku zaporowym

Izmin=0,75mA, Uz=9,81V 

Czyli:
Izmax=7,5mA, Umax=9,85V

Rd=

∆

U/

∆

I=(9,85-9,81)/(7,5-0,75)=0.005925=5,925

Ω

Niech Iz=5mA, wówczas: Rs=U/I=9.83/5=1.966=1966

Ω

Rd oznacza opór dynamiczny
Rs opór statyczny

koniec sprawozdania.

-4-