DIODY ZENERA
Dominik Drozd
2bt
DIODY ZENERA
Dominik Drozd
2bt
Diody stabilizacyjne (Zenera) są to diody przeznaczone do
stabilizacji lub ograniczania napięć. Istnieją diody
stabilizujące prąd i są nazywane polowymi ogranicznikami
prądu (działają na innej zasadzie). Diody stabilizacyjne
pracują przy polaryzacji w kierunku zaporowym,
charakteryzując się niewielkimi zmianami napięcia pod
wpływem dużych zmian prądu. Wykorzystują one zjawisko
Zenera bądź lawinowe. Diody te zbudowane są z krzemu.
Diody Zenera (stabilistory) mają określone napięcie w
kierunku zaporowym, przy którym zaczyna gwałtownie
wzrastać ich prąd wsteczny. Są wykorzystywane w układach
stabilizacji napięcia. Podobne diody lawinowe stosuje się w
układach zabezpieczających przed przepięciami, mają one
dużą zdolność absorbowania energii.
ZASADA DZIAŁANIA DIÓD ZENERA
Dioda Zenera podłączona w kierunku przewodzenia zachowuje się jak
dioda krzemowa. Napięcie zenera nie ma znaczenia (liczy się spadek
napięcia na diodzie tak jak w każdej prostowniczej).
Dioda zenera podłączona w kierunku zaporowym zachowuje się również
tak jak każda dioda krzemowa. Ma niewielki prąd wsteczny aż do
przekroczenia napięcia przebicia. W przypadku diody Zenera napięcie
to jest niewielkie ( w porównaniu z typową diodą prostowniczą np.
1000V).
Po przekroczeniu napięcia Zenera gwałtownie rośnie prąd który płynie
przez diodę. Napięcie wzrasta powoli. Dzięki temu następuje
stabilizacja napięcia.
Oczywiście prąd nie może rosnąć w nieskończoność. Jest ograniczony
maksymalną mocą strat w diodzie. Po przekroczeniu tej mocy dioda
może ulec uszkodzeniu.
W przypadku diod Zenera , pojemnościowych itp. pewne właściwości są
wzmocnione (konstrukcją, domieszkami) co pozwala korzystać
z interesujących nas zjawisk. Także np. zjawisko przebicia
niekorzystne w diodach prostowniczych jest wykorzystane w
diodach Zenera.
Charakterystyka
Dioda Zenera wykorzystuje tę właściwość złącz p-n, która w
przypadku zwykłych diod jest zgubna, a mianowicie
przekroczenie maksymalnego napięcia wstecznego, przy
którym prąd bardzo szybko wzrasta. W przypadku diod
Zenera napięcie to jest dokładnie określone i nazywane jest
napięciem Zenera U
Z
.
Typowy obszar pracy tych diod znajduje się na odcinku
charakterystyki prądowo-napięciowej, odpowiadającym
gwałtownemu wzrostowi prądu wstecznego wskutek zjawiska
przebicia Zenera lub (i) przebicia lawinowego. Oba
wymienione mechanizmy przebicia charakteryzują się
następującymi właściwościami:
· przebicie Zenera występuje w złączach silnie
domieszkowanych przy napięciach do 5V;
· przebicie lawinowe występuje w złączach słabo
domieszkowanych przy napięciach ponad 7V;
· przebicie Zenera i lawinowe występują w złączach o średniej
koncentracji domieszek przy napięciach 5...7V;
· temperaturowy współczynnik napięcia przy przebiciu Zenera
ma znak ujemny;
· temperaturowy współczynnik napięcia przy przebiciu
lawinowym ma znak dodatni.
Oznaczenia diod w zależności od ich przeznaczenia:
a) stabilizacyjne – BZP650
b) Zenera:
- typowe (stabilistor) – BZAP30, BZP650
- do układów hybrydowych – BZX84
- skompensowana temperaturowo – BZY566
- do układów elektronicznego zapłonu – BZYP01
Symbol graficzny:
Parametry diod stabilizacyjnych:
a) napięcie stabilizacji – UZ
b) prąd stabilizacji – IZ
c) napięcie przewodzenia – UF, przy określonym prądzie
przewodzenia
d) prąd wsteczny diody – IR, przy określonym napięciu
wstecznym
e) rezystancja dynamiczna – rZ, której wartość zmienia się w
zależności od napięcia stabilizacji
f) temperaturowy współczynnik napięcia stabilizacji - aUz.
Do parametrów dopuszczalnych zaliczamy: maksymalną moc
strat – Ptot i maksymalny prąd przewodzenia – I0.
Własności diody Zenera:
przebicie niepowodujące uszkodzenia diody,
napięcie przebicia określone dokładnie, z niewielką tolerancją,
typowo 5% (dla np. diod prostowniczych ważne jest, aby nie
było mniejsze od zadanej wartości),
mała oporność dynamiczna,
zapewnienie możliwie gwałtownego przejścia do stanu
przebicia złącza (możliwe ostre "kolano" na charakterystyce I
= f(U)).
Zależność rezystancji dynamicznej diody od napięcia
stabilizowanego
Właściwości zjawiska przebicia Zenera lub przebicia
lawinowego:
· Przebicie Zenera występuje w złączach silnie
domieszkowanych przy napięciach do 5 V;
· Przebicie lawinowe występuje w złączach słabo
domieszkowanych przy napięciach ponad 7 V;
· przebicia Zenera i lawinowe występują w złączach o średniej
koncentracji domieszek przy napięciach 5...7 V;
· temperaturowy współczynnik napięcia przy przebiciu Zenera
ma znak ujemny;
· temperaturowy współczynnik napięcia przy przebiciu
lawinowym ma znak dodatni.
Obecnie na świecie produkowane są stabilitrony na napięcia
od 2 do kilkuset woltów, przy czym nazwa dioda Zenera
tradycyjnie obejmuje swym znaczeniem zarówno diody o
przebiciu Zenera, jak i diody o przebiciu lawinowym.
Zastosowanie diod Zenera:
Podstawowe zastosowanie diody Zenera to źródło napięcia
odniesienia w stabilizatorach, ponadto używana bywa do
przesuwania poziomów napięć oraz jako element
zabezpieczający i przeciwprzepięciowy (transil).