Els díodes Zener són díodes d’unió PN normals que funcionen en condicions de polarització inversa. El funcionament del díode Zener és similar a un díode de juntura PN en estat esbiaixat d’enviament, però la singularitat rau en el fet que també pot conduir quan es connecta en polarització inversa per sobre del seu llindar / tensió de ruptura. Aquests són entre els tipus bàsics de díodes s’utilitza amb freqüència, a part dels díodes normals.
Funcionament del díode Zener
Diodo semiconductor en estat de polarització inversa
Si recordeu, un senzill díode de juntura PN està format per una combinació de material semiconductor de tipus p amb un material semiconductor de tipus n. Quan un costat d’un cristall semiconductor es dopa amb impureses del donant i l’altre costat amb impureses acceptores, es forma una unió PN.
Diodo semiconductor sense prejudicis
En condicions normals, els forats del costat p tendeixen a difondre’s a una regió de baixa concentració i passa el mateix amb els electrons del costat n.
Així, els forats es difonen cap al costat n i els electrons al costat p. Això es tradueix en l'acumulació de càrregues al voltant de la unió, formant una regió d'esgotament.
Diodo semiconductor sense prejudicis
Es forma una polaritat elèctrica o dipol elèctric a través de la unió, provocant el flux de flux des del costat superior. Això es tradueix en una intensitat de camp elèctric negativa variable, que genera un potencial elèctric a través de la unió. Aquest potencial elèctric és en realitat el voltatge llindar del díode i ronda els 0,6 V per al silici i els 0,2 V per al germani. Això actua com una barrera potencial per al flux de portadors de càrrega majoritaris i el dispositiu no condueix.
Ara, quan un díode normal està esbiaixat de manera que s’aplica un voltatge negatiu al costat n i un voltatge positiu al costat p, es diu que el díode es troba en condicions de polarització directa. Aquesta tensió aplicada tendeix a disminuir la barrera potencial després de superar la tensió llindar.
En aquest moment i després, la majoria de portadors creuen la barrera potencial i el dispositiu comença a conduir amb el flux de corrent a través d'ella.
Quan el díode està esbiaixat en condicions inverses a la superior, la tensió aplicada és tal que s’afegeix a la barrera potencial i dificulta el flux de portadors majoritaris. No obstant això, permet el flux de portadors minoritaris (forats de tipus n i electrons de tipus p). A mesura que augmenta aquest voltatge de polarització inversa, el corrent invers tendeix a augmentar gradualment.
En un moment determinat, aquesta tensió és tal que provoca la ruptura de la regió d’esgotament, provocant un augment massiu del flux de corrent. Aquí és on entra en joc el funcionament del díode Zener.
El principi del funcionament del díode Zener
Com s'ha dit més amunt, el principi bàsic del funcionament d'un díode Zener rau en la causa de la ruptura d'un díode en condicions de polarització inversa. Normalment, hi ha dos tipus de desglossament: Zener i Avalanche.
Principi del funcionament del díode zener
Desglossament de Zener
Aquest tipus de desglossament es produeix per a una tensió de polarització inversa entre 2 i 8V. Fins i tot a aquesta baixa tensió, la intensitat del camp elèctric és prou forta per exercir una força sobre els electrons de valència de l'àtom de manera que estiguin separats dels nuclis. Això es tradueix en la formació de parells mòbils electró-forat, augmentant el flux de corrent a través del dispositiu. El valor aproximat d'aquest camp és d'aproximadament 2 * 10 ^ 7 V / m.
Aquest tipus de trencament es produeix normalment per a un díode altament dopat amb baixa tensió de trencament i un camp elèctric més gran. A mesura que augmenta la temperatura, els electrons de valència guanyen més energia per interrompre's a partir de l'enllaç covalent i es requereix menys quantitat de voltatge extern. Així, la tensió de ruptura de Zener disminueix amb la temperatura.
Avaria de l’allau
Aquest tipus de desglossament es produeix a una tensió de polarització inversa superior a 8V i superior. Es produeix per a díodes lleugerament dopats amb una gran tensió de ruptura. A mesura que els portadors de càrrega minoritaris (electrons) flueixen a través del dispositiu, tendeixen a xocar amb els electrons de l’enllaç covalent i provoquen la ruptura de l’enllaç covalent. A mesura que augmenta la tensió, l’energia cinètica (velocitat) dels electrons també augmenta i els enllaços covalents s’interrompen més fàcilment, provocant un augment dels parells electró-forat. La tensió de ruptura de l’allau augmenta amb la temperatura.
3 aplicacions de díodes Zener
1. El díode de Zener com a tensió
En un circuit de corrent continu, el díode Zener es pot utilitzar com a regulador de tensió o per proporcionar referència de tensió. L’ús principal del díode Zener rau en el fet que la tensió d’un diode Zener es manté constant per a un canvi més gran de corrent. Això fa possible utilitzar un díode Zener com a dispositiu de tensió constant o com a regulador de tensió.
En qualsevol circuit d'alimentació , s'utilitza un regulador per proporcionar una tensió de sortida (càrrega) constant independentment de la variació de la tensió d'entrada o de la variació del corrent de càrrega. La variació del voltatge d’entrada s’anomena regulació de línia, mentre que la variació del corrent de càrrega s’anomena regulació de càrrega.
El díode Zener com a regulador de tensió
Un circuit senzill que implica un díode Zener com a regulador requereix una resistència de baix valor connectada en sèrie amb la font de tensió d'entrada. Es requereix un valor baix per permetre el màxim flux de corrent a través del díode, connectat en paral·lel. No obstant això, l'única restricció és que el corrent a través del díode Zener no ha de ser inferior al corrent mínim del díode Zener. En poques paraules, per a una tensió d’entrada mínima i un corrent de càrrega màxim, el corrent del díode Zener sempre ha de ser I.zmin.
Mentre es dissenya un regulador de voltatge que utilitza un díode Zener, s’escull aquest darrer respecte a la seva potència màxima. En altres paraules, el corrent màxim a través del dispositiu ha de ser: -
Jomàx= Potència / Voltatge Zener
Com que es coneix el voltatge d’entrada i el voltatge de sortida requerit, és més fàcil triar un díode Zener amb un voltatge aproximadament igual al voltatge de càrrega, és a dir, Vz ~ = Vo.
Es tria el valor de la resistència de la sèrie
R = (Vdins- Vamb) / (Izmin+ JoL), on joL= Voltatge de càrrega / resistència de càrrega.
Tingueu en compte que per a tensions de càrrega de fins a 8V, es pot utilitzar un únic díode Zener. No obstant això, per a tensions de càrrega superiors a 8V, que requereixen tensions Zener de valor de tensió superior, és recomanable utilitzar un díode polaritzat cap endavant en sèrie amb el díode Zener. Això es deu al fet que el díode Zener a una tensió més alta segueix el principi de ruptura d’allaus, amb una temperatura positiva del coeficient.
Per tant, s’utilitza un díode de coeficient de temperatura negatiu per a la compensació. Per descomptat, en aquests dies s’utilitzen pràctics díodes Zener compensats per temperatura.
2. El díode Zener com a referència de tensió
El díode Zener com a referència de tensió
En les fonts d'alimentació i en molts altres circuits, el díode Zener troba la seva aplicació com a proveïdor de tensió constant o com a referència de tensió. Les úniques condicions són que la tensió d'entrada ha de ser superior a la tensió de Zener i que la resistència de la sèrie tingui un valor mínim tal que flueixi el corrent màxim a través del dispositiu.
3. El díode Zener com a clamper de tensió
En un circuit que implica la font d’entrada de CA, diferent del normal Circuit de tancament de díodes PN , també es pot utilitzar un díode Zener. El díode es pot utilitzar per limitar el pic de la tensió de sortida a la tensió Zener en un costat i a aproximadament 0V en un altre costat de la forma d'ona sinusoïdal.
díode zener com a tensió
En el circuit anterior, durant el mig cicle positiu, una vegada que el voltatge d'entrada és tal que el díode zener es polaritza inversament, el voltatge de sortida és constant durant un cert temps fins que el voltatge comença a disminuir.
Ara, durant el mig cicle negatiu, el díode Zener es troba en una connexió esbiaixada d’enviament. A mesura que la tensió negativa augmenta fins al voltatge del llindar d’enviament, el díode comença a conduir-se i el costat negatiu de la tensió de sortida es limita al voltatge del llindar.
Tingueu en compte que per obtenir una tensió de sortida només en un interval positiu, utilitzeu dos díodes Zener esbiaixats oposadament en sèrie.
Aplicacions de treball del díode Zener
Amb la creixent popularitat dels telèfons intel·ligents, projectes basats en Android s’estan preferint en aquests dies. Aquests projectes impliquen l'ús de Bluetooth dispositius basats en tecnologia. Aquests dispositius Bluetooth requereixen una tensió d’uns 3V per funcionar. En aquests casos, s’utilitza un díode Zener per proporcionar una referència de 3V al dispositiu Bluetooth.
Aplicació de treball del díode Zener amb un dispositiu Bluetooth
Una altra aplicació consisteix en l’ús del díode Zener com a regulador de voltatge. Aquí la tensió de corrent altern és rectificada pel díode D1 i filtrada pel condensador. Aquesta tensió de CC filtrada està regulada pel díode per proporcionar una tensió de referència constant de 15V. Aquesta tensió de CC regulada s’utilitza per accionar el circuit de control, que s’utilitza per controlar la commutació de la llum, com en un sistema automatitzat de control de la il·luminació.
Aplicació de regulació de la tensió del díode Zener
Esperem haver estat capaços de proporcionar informació precisa però essencial sobre el funcionament del díode Zener i les seves aplicacions. Aquí teniu una pregunta senzilla per als lectors: per què són preferents els CI reguladors més que el díode Zener en la font d'alimentació de CC regulada?
Doneu les vostres respostes i, per descomptat, els vostres comentaris a la secció de comentaris següent.
Crèdits fotogràfics
- Diodo Zener treballant per aprenentatge sobre electrònica
- Diodo semiconductor imparcial per wikimedia
- Principi darrere del treball del díode zener què-quan-com
