Diode Zener comme régulateur de tension Tutoriel

Dans le tutoriel diode de signal, nous avons vu qu'une diode bloque « polarisée en inverse » courant dans le sens inverse, mais souffrira d'une rupture prématurée ou des dommages si la tension inverse appliquée à travers elle est trop élevée.

Toutefois, la diode zener ou « Ventilation diode », comme on les appelle parfois aussi, sont fondamentalement les mêmes que la diode standard jonction PN, mais ils sont spécialement conçus pour avoir une faible et spécifiée inversée tension de claquage qui tire parti d'une tension inverse appliquée à elle.

La diode Zener se comporte comme une diode normale à usage général constitué d'une jonction PN de silicium et lorsqu'il est polarisé dans le sens direct, qui est Anode positive par rapport à sa cathode, elle se comporte comme une diode de signal normal le passage du courant nominal.

Cependant, contrairement à une diode classique qui bloque tout écoulement de courant à travers lui-même quand polarisée en inverse, qui est la cathode devient plus positif que l'anode, dès que la tension inverse atteint une valeur prédéterminée, la diode Zener commence à conduire dans le direction inverse.

En effet, lorsque la tension inverse appliquée aux bornes de la diode Zener est supérieure à la tension nominale de l'appareil d'un processus appelé claquage par avalanche se produit dans la couche d'appauvrissement à semi-conducteur et un courant commence à circuler à travers la diode pour limiter cette augmentation de la tension.

Le courant circulant maintenant à travers la diode Zener augmente de façon spectaculaire à la valeur maximale du circuit (qui est généralement limité par une résistance en série) et une fois atteint, ce courant inverse de saturation reste relativement constante sur une large plage de tensions inverses. Le point de tension à laquelle la tension aux bornes de la diode Zener devient stable est appelée « tension de Zener », (Vz) et des diodes Zener cette tension peut varier de moins d'un volt à quelques centaines de volts.

Le point auquel la tension de Zener déclenche le passage du courant à travers la diode peut être très précisément contrôlée (à moins de 1% de tolérance) à l'étape de dopage des diodes construction à semi-conducteur donnant la diode une tension spécifique de claquage de Zener. (Vz) par exemple 4,3V ou 7,5V. Cette tension de claquage de Zener sur la courbe I-V est à peu près une ligne droite verticale.

Caractéristiques Zener diode I-V

La diode Zener est utilisée dans son « polarisation inverse » ou inverser le mode de rupture, à savoir l'anode des diodes se connecte à l'alimentation négative. A partir de la courbe des caractéristiques IV ci-dessus, nous pouvons voir que la diode Zener a une région dans ses caractéristiques inverses de polarisation presque une tension négative constante quelle que soit la valeur du courant circulant à travers la diode et reste encore à peu près constante avec de grandes variations de courant que tant que le courant des diodes Zener reste entre le IZ courant de claquage (min) et le courant nominal maximum IZ (max).

Cette capacité à se contrôler peut être utilisé pour un grand effet pour réguler ou stabiliser une source de tension contre les variations d'alimentation ou de charge. Le fait que la tension aux bornes de la diode dans la région de claquage est presque constante tourne avéré être une caractéristique importante de la diode Zener car elle peut être utilisée dans les applications les plus simples types de régulateurs de tension.

La fonction d'un régulateur est de fournir une tension de sortie constante à une charge connectée en parallèle avec lui, malgré les ondulations de la tension d'alimentation ou de la variation du courant de charge et la diode Zener continuera à réguler la tension jusqu'à ce que le courant des diodes tombe en dessous de la valeur minimum IZ (min) dans la région de claquage inverse.

Le régulateur diode Zener

Les diodes Zener peuvent être utilisés pour produire une sortie de tension stabilisée avec une faible ondulation sous charge variable les conditions actuelles. En faisant passer un faible courant à travers la diode à partir d'une source de tension, par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant appropriée (RS), la diode Zener va conduire un courant suffisant pour maintenir une chute de tension de Vout.

Nous nous souvenons des tutoriels précédents que la tension continue de sortie des redresseurs demi ou pleine onde contient ondulation superposée sur la tension continue et que les changements de valeur de charge de façon à ne la tension de sortie moyenne. En connectant un simple circuit de stabilisation Zener comme indiqué ci-dessous à travers la sortie du redresseur, une tension de sortie plus stable peut être produit.

Régulateur diode Zener

La résistance, RS est connectée en série avec la diode Zener pour limiter l'écoulement de courant à travers la diode à la source de tension VS étant connectée aux bornes de la combinaison. La tension de sortie Vout stabilisée est tirée à travers la diode Zener. La diode Zener est reliée à sa borne de cathode connectée au rail positif de l'alimentation en courant continu de sorte qu'il est polarisée en inverse et fonctionnera dans sa condition de panne. Résistance RS est choisi de manière à limiter le courant maximal circulant dans le circuit.

En l'absence de charge connectée au circuit, le courant de charge est égale à zéro, (IL = 0), et tout le courant de circuit passe à travers la diode Zener qui à son tour se dissipe sa puissance maximale. Aussi une petite valeur de la résistance RS de série se traduira par un courant supérieur à diode lorsque la résistance de charge RL est connecté et grand que cela augmentera l'exigence de dissipation de puissance de la diode si les soins doivent être prises lors de la sélection de la valeur appropriée de la résistance série afin qui est de ne pas dépasser la puissance nominale maximale du Zener en vertu du présent sans charge ou condition à haute impédance.

La charge est branchée en parallèle avec la diode Zener, de sorte que la tension aux bornes de RL est toujours la même que la tension de zener, (VR = VZ). Il y a un courant minimum de Zener pour laquelle la stabilisation de la tension est efficace et le courant Zener doit rester au-dessus de cette valeur d'exploitation sous une charge dans sa zone de répartition en tout temps. La limite supérieure du courant est bien sûr en fonction de la puissance nominale de l'appareil. La tension d'alimentation VS doit être supérieure à VZ.

Zener diode Exemple n ° 1

Une alimentation stabilisée de 5,0V doit être produit à partir d'une source d'entrée d'alimentation de 12 V DC. La PZ puissance nominale maximale de la diode Zener est 2W. Utilisation du circuit de régulation de Zener ci-dessus calculent:

une). Le courant maximal circulant à travers la diode Zener.

b). La valeur minimale de la résistance en série, RS

Circuits Zener diode Clipping

Jusqu'à présent, nous avons examiné comment une diode Zener peut être utilisé pour réguler une source de courant continu constant, mais si le signal d'entrée n'était pas l'état d'équilibre DC, mais une forme d'onde AC alternatif comment serait la diode Zener réagit à un signal en constante évolution.

coupure de diodes et de circuits de serrage sont des circuits qui sont utilisés pour former ou modifier une forme d'onde de courant alternatif d'entrée (ou de tout sinusoïde) produisant une forme d'onde de sortie de forme différente en fonction de l'agencement de circuit. circuits écrêteurs de diodes sont également appelés limiteurs car ils limitent ou un clip d'arrêt de la partie positive (ou négative) d'un signal alternatif d'entrée. Comme les circuits de la tondeuse Zener limite ou une partie de coupure de la forme d'onde à travers eux, ils sont principalement utilisés pour la protection du circuit de mise en forme ou dans les circuits de forme d'onde.

Par exemple, si nous voulions couper une forme d'onde de sortie à + 7.5V, nous utiliserions une diode Zener 7.5V. Si la forme d'onde de sortie essaye de dépasser la limite de 7,5 V, la diode zener sera « clip-off » de la tension en excès de la forme d'onde d'entrée produisant un avec un sommet plat en conservant la constante de sortie à + 7.5V. Notez que, dans la condition de polarisation directe d'une diode Zener est encore une diode et lorsque la sortie de forme d'onde AC devient négatif en dessous de -0,7 V, la diode Zener devient « ON » comme toute diode de silicium normale aurait et des clips de la sortie à -0,7 V comme le montre au dessous de.

Onde carrée Signal

Le dos à dos connectés diodes Zener peut être utilisé comme un régulateur AC produisant ce qu'on appelle en plaisantant un « générateur d'ondes de l'homme pauvre carré ». Grâce à cette disposition, nous pouvons couper la forme d'onde entre une valeur positive de + 8,2V et une valeur négative de -8.2V pour une diode Zener 7.5V.

Ainsi, par exemple, si nous voulions couper une forme d'onde de sortie entre deux valeurs minimales et maximales différentes de dire, + 8V et 6V, nous simplement utiliser deux diodes Zener différemment noté. Notez que la sortie sera effectivement extraire la forme d'onde en courant alternatif entre + 8.7V et -6.7V en raison de l'addition de la tension de la diode de polarisation de l'avant.

En d'autres termes, une tension crête-à-crête de 15,4 volts au lieu de 14 volts attendus, comme la chute de tension de polarisation directe à travers la diode ajoute encore 0,7 volts dans chaque direction.

Ce type de configuration de la tondeuse est assez courant pour protéger un circuit électronique contre les surtensions. Les deux années Zener sont généralement placés aux bornes d'entrée d'alimentation et pendant le fonctionnement normal, l'une des diodes Zener est « OFF » et les diodes ont peu ou pas d'effet. Toutefois, si la forme d'onde de tension d'entrée dépasse sa limite, alors le tour du Zener « ON » et couper l'entrée pour protéger le circuit.

Dans le prochain tutoriel sur les diodes. nous examinerons en utilisant la jonction PN polarisée en direct d'une diode pour produire de la lumière. Nous savons que des didacticiels précédents que lorsque les porteurs de charge se déplacent à travers la jonction, les électrons se combinent avec des trous et de l'énergie est perdue sous forme de chaleur, mais aussi une partie de cette énergie est dissipée sous forme de photons, mais nous ne pouvons pas les voir.

Si l'on place une lentille translucide autour de la jonction, la lumière visible sera produite et la diode devient une source de lumière. Cet effet produit un autre type de diode communément connu comme la diode électroluminescente qui tire avantage de cette caractéristique de lumière produisant à émettre de la lumière (photons) dans une variété de couleurs et de longueurs d'onde.