Diodo Zener con una tensión de estabilización de 30 voltios. Diodo Zener: ¿qué es y para qué sirve? Característica voltamperio de un diodo zener

Salario estable, vida estable, estado estable. El último no se trata de Rusia, por supuesto :-). Si buscas en un diccionario explicativo, podrás entender claramente qué es “estabilidad”. En las primeras líneas, Yandex inmediatamente me dio la designación de esta palabra: estable: esto significa constante, estable, sin cambios.

Pero este término se utiliza con mayor frecuencia en electrónica y ingeniería eléctrica. En electrónica, los valores constantes de un parámetro son muy importantes. Puede ser corriente, voltaje, frecuencia de señal, etc. La desviación de la señal de cualquier parámetro dado puede provocar un funcionamiento incorrecto del equipo electrónico e incluso su avería. Por eso, en electrónica es muy importante que todo funcione de forma estable y no falle.

En electrónica e ingeniería eléctrica. estabilizar el voltaje. El funcionamiento de los equipos electrónicos depende del valor del voltaje. Si cambia hacia abajo, o peor aún, hacia arriba, es posible que el equipo en el primer caso no funcione correctamente y, en el segundo, incluso pueda estallar en llamas.

Para evitar picos y caídas de voltaje, varios Protectores contra sobretensiones. Como comprenderás por la frase, están acostumbrados a estabilizar voltaje de “reproducción”.

Diodo Zener o diodo Zener

El estabilizador de voltaje más simple en electrónica es un elemento de radio. diodo Zener. A veces también se le llama diodo Zener. En los diagramas, los diodos Zener se designan de la siguiente manera:

El terminal con una "tapa" se llama igual que el de un diodo: cátodo, y la otra conclusión es ánodo.

Los diodos Zener tienen el mismo aspecto que los diodos. En la foto de abajo, a la izquierda hay un tipo popular de diodo zener moderno y a la derecha, una de las muestras. Unión Soviética

Si observa más de cerca el diodo Zener soviético, puede ver esta designación esquemática en él, que indica dónde está su cátodo y dónde está su ánodo.

Tensión de estabilización

Mayoría parámetro principal El diodo Zener es, por supuesto, tensión de estabilización.¿Cuál es este parámetro?

Cogemos un vaso y lo llenamos de agua...

No importa cuánta agua echemos en un vaso, el exceso se saldrá del vaso. Creo que esto es comprensible para un niño en edad preescolar.

Ahora por analogía con la electrónica. El cristal es un diodo zener. El nivel del agua en un vaso lleno hasta el borde es voltaje de estabilización Diodo Zener. Imagina una gran jarra de agua junto a un vaso. Simplemente llenaremos nuestro vaso con agua de la jarra, pero no nos atreveremos a tocar la jarra. Solo hay una opción: verter agua de una jarra haciendo un agujero en la propia jarra. Si la jarra fuera más pequeña que el vaso, entonces no podríamos verter agua en el vaso. Para explicarlo en términos electrónicos, la jarra tiene un “voltaje” mayor que el “voltaje” del vaso.

Entonces, queridos lectores, todo el principio de funcionamiento de un diodo Zener está contenido en el vidrio. No importa qué chorro le echemos (bueno, por supuesto, dentro de lo razonable, de lo contrario el vaso se arrastrará y se romperá), el vaso siempre estará lleno. Pero es necesario verter desde arriba. Esto significa, El voltaje que aplicamos al diodo zener debe ser mayor que el voltaje de estabilización del diodo zener.

Marcado de diodo Zener

Para conocer el voltaje de estabilización del diodo Zener soviético, necesitamos un libro de referencia. Por ejemplo, en la foto de abajo hay un diodo Zener soviético D814V:

Buscamos parámetros para ello en directorios en línea en Internet. Como puedes ver, su voltaje de estabilización a temperatura ambiente es de aproximadamente 10 Voltios.

Los diodos Zener extraños se marcan más fácilmente. Si miras de cerca, puedes ver una inscripción simple:

5V1: esto significa que el voltaje de estabilización de este diodo Zener es de 5,1 voltios. Mucho más fácil, ¿verdad?

El cátodo de los diodos zener extranjeros está marcado principalmente con una franja negra.

Cómo comprobar el diodo zener

¿Cómo comprobar el diodo zener? ¡Sí, igual! Puedes ver cómo comprobar el diodo en este artículo. Revisemos nuestro diodo zener. Lo configuramos en continuidad y conectamos la sonda roja al ánodo y la sonda negra al cátodo. El multímetro debería mostrar una caída de tensión directa.

Intercambiamos las sondas y vemos una. Esto significa que nuestro diodo Zener está completamente preparado para el combate.

Bueno, es hora de experimentar. En los circuitos, un diodo Zener está conectado en serie con una resistencia:

Dónde Uin – voltaje de entrada, Uout.st. – tensión de salida estabilizada

Si miramos de cerca el diagrama, no obtenemos nada más que un divisor de voltaje. Todo aquí es elemental y sencillo:

Uin=Uout.stab +Uresistor

O en palabras: el voltaje de entrada es igual a la suma de los voltajes en el diodo zener y la resistencia.

Este esquema se llama estabilizador paramétrico en un diodo zener. El cálculo de este estabilizador está fuera del alcance de este artículo, pero si a alguien le interesa, búsquelo en Google ;-)

Entonces, armemos el circuito. Tomamos una resistencia con un valor nominal de 1,5 kiloohmios y un diodo zener con un voltaje de estabilización de 5,1 voltios. A la izquierda conectamos la Fuente de Alimentación, y a la derecha medimos el voltaje resultante con un multímetro:

Ahora monitoreamos cuidadosamente las lecturas del multímetro y la fuente de alimentación:

Entonces, mientras todo está claro, agreguemos más tensión... ¡Ups! ¡Nuestro voltaje de entrada es de 5,5 voltios y nuestro voltaje de salida es de 5,13 voltios! Dado que la tensión de estabilización del diodo zener es de 5,1 Voltios, como vemos se estabiliza perfectamente.

Agreguemos algunos voltios más. ¡El voltaje de entrada es de 9 voltios y el diodo zener es de 5,17 voltios! ¡Asombroso!

También agregamos... ¡El voltaje de entrada es de 20 Voltios y la salida, como si nada, es de 5,2 Voltios! 0,1 voltios es un error muy pequeño, en algunos casos incluso puede pasarse por alto.

Característica voltamperio de un diodo zener

Creo que no estaría de más considerar la característica corriente-voltaje (VC) del diodo Zener. Se parece a esto:

Dónde

ipr– corriente directa, A

arriba– tensión directa, V

Estos dos parámetros no se utilizan en el diodo zener.

Uarr– voltaje inverso, V

nosotros– tensión nominal de estabilización, V

es– corriente nominal de estabilización, A

Nominal significa un parámetro normal en el que es posible el funcionamiento a largo plazo del elemento de radio.

imax– corriente máxima del diodo Zener, A

Immin– corriente mínima del diodo Zener, A

Ist, Imax, Imin – Esta es la corriente que fluye a través del diodo zener cuando está en funcionamiento.

Dado que el diodo Zener funciona en polaridad inversa, a diferencia de un diodo (el diodo Zener está conectado con el cátodo al más y el diodo con el cátodo al menos), entonces el área de trabajo será exactamente la que está marcada con el rectángulo rojo. .

Como vemos, con algún voltaje Urev nuestro gráfico comienza a caer. En este momento, ocurre algo tan interesante como una avería en el diodo zener. En resumen, ya no puede aumentar el voltaje sobre sí mismo y en este momento la corriente en el diodo Zener comienza a aumentar. Lo más importante es no exceder la corriente, más que Imax, de lo contrario se dañará el diodo zener. Se considera que el mejor modo de funcionamiento del diodo Zener es aquel en el que la corriente a través del diodo Zener se encuentra en algún punto intermedio entre sus valores máximo y mínimo. Esto es lo que aparecerá en el gráfico. punto de operación modo de funcionamiento del diodo zener (marcado con un círculo rojo).

Conclusión

Anteriormente, en tiempos de escasez de piezas y el comienzo del apogeo de la electrónica, a menudo se utilizaba un diodo zener, por extraño que parezca, para estabilizar el voltaje de salida. En los antiguos libros soviéticos sobre electrónica se puede ver esta sección del circuito de varias fuentes de alimentación:

A la izquierda, en el marco rojo, marqué una sección del circuito de alimentación que le resulta familiar. Aquí obtenemos voltaje CC a partir de voltaje CA. A la derecha, en el marco verde, está el diagrama de estabilización ;-).

Actualmente, los estabilizadores de voltaje de tres terminales (integrados) están reemplazando a los estabilizadores basados ​​​​en diodos Zener, ya que estabilizan el voltaje muchas veces mejor y tienen una buena disipación de energía.

En Ali puede tomar un conjunto completo de diodos Zener a la vez, desde 3,3 voltios hasta 30 voltios. Elegir a tu gusto y color.

La fuente de alimentación de 0-30 voltios más sencilla para un radioaficionado.

Esquema.

En este artículo continuamos con el tema del diseño de circuitos de fuentes de alimentación para laboratorios de radioaficionados. En esta ocasión hablaremos de la dispositivo sencillo, ensamblado a partir de componentes de radio de producción nacional y con un número mínimo de ellos.

Entonces, diagrama de circuito fuente de alimentación:

Como ves, todo es sencillo y accesible, la base de elementos es amplia y no falta.

Empecemos por el transformador. Su potencia debe ser de al menos 150 vatios, el voltaje del devanado secundario debe ser de 21...22 voltios, luego después del puente de diodos en la capacitancia C1 obtendrá aproximadamente 30 voltios. Calcule para que el devanado secundario pueda proporcionar una corriente de 5 amperios.

Después del transformador reductor hay puente de diodos, ensamblado en cuatro diodos D231 de 10 amperios. La reserva actual es, por supuesto, buena, pero el diseño es bastante complicado. La mejor opción utilizará un conjunto de diodos importados del tipo RS602; de pequeñas dimensiones, está diseñado para una corriente de 6 Amperios.

Los condensadores electrolíticos están diseñados para una tensión de funcionamiento de 50 voltios. C1 y C3 se pueden configurar de 2000 a 6800 uF.

Diodo Zener D1: establece el límite superior para ajustar el voltaje de salida. En el diagrama vemos la inscripción D814D x 2, esto significa que D1 consta de dos diodos zener D814D conectados en serie. El voltaje de estabilización de uno de estos diodos zener es de 13 voltios, lo que significa que dos conectados en serie nos darán un límite superior para la regulación de voltaje de 26 voltios menos la caída de voltaje en la unión del transistor T1. Como resultado, se obtiene un ajuste suave de cero a 25 voltios.
El KT819 se utiliza como transistor regulador en el circuito; están disponibles en cajas de plástico y metal. La ubicación de los pines, las dimensiones de la carcasa y los parámetros de este transistor se pueden ver en las dos imágenes siguientes.

Hace muchos, muchos años, la palabra diodo zener no existía en absoluto. Especialmente en equipamiento del hogar.

Intentemos imaginar un voluminoso receptor de válvulas de mediados del siglo XX. Muchos los sacrificaron por su propia curiosidad, cuando mamá y papá adquirieron algo nuevo y regalaron "Record" o "Neman" para que los hicieran pedazos.

unidad de poder El receptor de tubo era extremadamente simple: un poderoso cubo de poder. transformador, que normalmente tenía sólo dos devanados secundarios, puente de diodos o rectificador de selenio, dos capacitor electrolítico y una resistencia de dos vatios entre ellos.

El primer devanado alimentaba el filamento de todas las lámparas receptoras con corriente alterna y un voltaje de 6,3V (voltios), y el rectificador primitivo recibía unos 240V para alimentar los ánodos de las lámparas. No se habló de ninguna estabilización de voltaje. Partiendo de que la recepción de estaciones de radio se realizaba en ondas largas, medias y cortas con una banda muy estrecha y de pésima calidad, la presencia o ausencia de estabilización de la tensión de alimentación no afectó en absoluto esta calidad, y simplemente no podía Habrá un control automático de frecuencia decente en esa base de elementos.

Los estabilizadores en aquella época sólo se utilizaban en receptores y transmisores militares, por supuesto también en los de válvulas. Por ejemplo: SG1P– estabilizador de descarga de gas, tipo dedo. Esto continuó hasta que aparecieron los transistores. Y luego resultó que los circuitos fabricados con transistores son muy sensibles a las fluctuaciones en el voltaje de suministro, y los ordinarios rectificador sencillo ya no es posible. Utilizando el principio físico inherente a los dispositivos de descarga de gas, se creó un diodo Zener semiconductor, menos comúnmente llamado diodo Zener.

Representación gráfica de un diodo zener en diagramas de circuito.

Aspecto de los diodos zener. El primero desde arriba en la carcasa para Montaje superficial. El segundo desde arriba está en una caja de cristal DO-35 y tiene una potencia de 0,5 W. El tercero es 1 W (DO-41). Naturalmente, los diodos Zener se fabrican en diversas carcasas. A veces se combinan dos elementos en una sola carcasa.

El principio de funcionamiento de un diodo zener.

En primer lugar, no debemos olvidar que el diodo zener sólo funciona en circuitos corriente continua. El voltaje se le aplica en polaridad inversa, es decir, se aplicará un menos "-" al ánodo del diodo zener. Cuando se enciende de esta manera, la corriente inversa fluye a través de él ( Yo llego.) del rectificador. El voltaje de la salida del rectificador puede cambiar, la corriente inversa también cambiará, pero el voltaje en el diodo zener y en la carga permanecerá sin cambios, es decir, estable. La siguiente figura muestra la característica corriente-voltaje de un diodo zener.

El diodo Zener opera en la rama inversa de la característica corriente-voltaje (característica voltamperio), como se muestra en la figura. Sus principales parámetros incluyen U st. (voltaje de estabilización) y Yo st.. (corriente de estabilización). Estos datos están indicados en el pasaporte para un tipo específico de diodo zener. Además, el valor de la corriente máxima y mínima se tiene en cuenta solo al calcular estabilizadores con un gran cambio de voltaje previsto.

Parámetros básicos de los diodos zener.

Para seleccionar el diodo Zener adecuado, es necesario comprender las marcas de los dispositivos semiconductores. Anteriormente, todos los tipos de diodos, incluidos los diodos Zener, se designaban con la letra "D" y un número que indicaba de qué tipo de dispositivo se trataba. A continuación se muestra un ejemplo del muy popular diodo zener D814 (A, B, C, D). La carta mostraba el voltaje de estabilización.

Cerca se encuentran los datos del pasaporte de un diodo zener moderno ( 2C147A ), que se utilizó en estabilizadores para circuitos de alimentación basados ​​​​en las populares series de microcircuitos K155 y K133 fabricados con tecnología TTL y con un voltaje de alimentación de 5 V.

Para comprender las marcas y los parámetros básicos de los dispositivos semiconductores domésticos modernos, es necesario saber un poco sobre los símbolos. Se ven así: número 1 o letra G - germanio, número 2 o letra K - silicio, número 3 o letra A - arseniuro de galio. Ésta es la primera señal. D – diodo, T – transistor, S – diodo zener, L – LED. Ésta es la segunda señal. El tercer carácter es un grupo de números que indican el ámbito de aplicación del dispositivo. Por lo tanto: GT 313 (1T 313) - transistor de germanio de alta frecuencia, 2S147 - diodo zener de silicio con una tensión de estabilización nominal de 4,7 voltios, AL307 - LED de arseniuro de galio.

A continuación se muestra un diagrama de un estabilizador de voltaje simple pero confiable.

entre el coleccionista potente transistor y la carcasa suministra voltaje desde el rectificador y es igual a 12 - 15 voltios. Eliminamos el voltaje estabilizado de 9 V del emisor del transistor, ya que utilizamos el elemento confiable D814B como diodo Zener VD1 (ver tabla). Resistor R1 – 1 kOhmio, transistor KT819 que proporciona corriente hasta 10 amperios.

El transistor debe colocarse sobre el disipador de calor. El único inconveniente de este circuito es la imposibilidad de ajustar el voltaje de salida. En mas esquemas complejos Por supuesto, hay una resistencia de sintonización. Todas las fuentes de alimentación para radioaficionados domésticos y de laboratorio tienen la capacidad de ajustar el voltaje de salida de 0 a 20 - 25 voltios.

Estabilizadores integrales.

El desarrollo de la microelectrónica integrada y la aparición de circuitos multifuncionales de grado medio y alto de integración, por supuesto, también afectaron los problemas asociados con la estabilización de voltaje. La industria nacional se tensó y lanzó al mercado de componentes radioelectrónicos la serie K142, que constaba de estabilizadores integrados. El nombre completo del producto era KR142EN5A, pero como el cuerpo era pequeño y el nombre no se eliminó por completo, comenzaron a escribir KREN5A o B, y en conversación simplemente los llamaban “krenki”.

La serie en sí era bastante grande. El voltaje de salida variaba dependiendo de la letra. Por ejemplo, KREN3 producía de 3 a 30 voltios con posibilidad de ajuste, y KREN15 era una fuente de energía bipolar de quince voltios.

Conectar los estabilizadores integrados de la serie K142 fue extremadamente sencillo. Dos condensadores suavizantes y el propio estabilizador. Echa un vistazo al diagrama.

Si es necesario obtener un voltaje estabilizado diferente, proceda de la siguiente manera: digamos que usamos un microcircuito KREN5A a 5 V, pero necesitamos un voltaje diferente. Luego se coloca un diodo zener entre el segundo terminal y la carcasa de tal manera que sumando el voltaje de estabilización del microcircuito y el diodo zener obtendríamos el voltaje requerido. Si agregamos un diodo zener KS191 a V = 9,1 + 5 V del microcircuito, obtenemos 14,1 voltios en la salida.

Un diodo zener es un diodo semiconductor con propiedades únicas. Si un semiconductor ordinario en conmutación inversa es un aislante, realiza esta función hasta que se produce un cierto aumento en la magnitud del voltaje aplicado, después de lo cual se produce una ruptura reversible similar a una avalancha. Con un aumento adicional en la corriente inversa que fluye a través del diodo zener, el voltaje continúa constante debido a una disminución proporcional en la resistencia. De esta manera es posible lograr un régimen de estabilización.

En estado cerrado, inicialmente pasa una pequeña corriente de fuga a través del diodo zener. El elemento se comporta como una resistencia cuyo valor es alto. En caso de avería, la resistencia del diodo zener se vuelve insignificante. Si continúa aumentando el voltaje en la entrada, el elemento comienza a calentarse y cuando la corriente excede el valor permitido, se produce una falla térmica irreversible. Si el asunto no se lleva a este punto, cuando el voltaje cambia de cero al límite superior del área de trabajo, las propiedades del diodo Zener se conservan.

Cuando un diodo zener se enciende directamente, las características no son diferentes de las de un diodo. Cuando el positivo está conectado a la región p y el negativo a la región n, la resistencia de la unión es baja y la corriente fluye libremente a través de ella. Aumenta al aumentar el voltaje de entrada.

Un diodo zener es un diodo especial, generalmente conectado en dirección opuesta. El elemento se encuentra inicialmente en estado cerrado. Cuando ocurre una falla eléctrica, el diodo zener de voltaje lo mantiene constante en un amplio rango de corriente.

Se aplica menos al ánodo y más al cátodo. Más allá de la estabilización (por debajo del punto 2), se produce un sobrecalentamiento y aumenta la probabilidad de que falle el elemento.

Características

Los parámetros de los diodos zener son los siguientes:

• U st - voltaje de estabilización a la corriente nominal I st;
• Ist min - corriente mínima del inicio de la avería eléctrica;
• Ist max - corriente máxima permitida;
• TKN - coeficiente de temperatura.

A diferencia de un diodo convencional, un diodo Zener es un dispositivo semiconductor en el que las áreas de falla eléctrica y térmica están ubicadas bastante alejadas entre sí según la característica corriente-voltaje.

Asociado con la corriente máxima permitida hay un parámetro que a menudo se indica en tablas: disipación de potencia:

P máx = I st máx ∙ U st.

La dependencia del funcionamiento del diodo Zener de la temperatura puede ser positiva o negativa. Al conectar elementos en serie con coeficientes de diferentes signos, se crean diodos zener de precisión que son independientes del calentamiento o enfriamiento.

Esquemas de conexión

Un circuito típico de un estabilizador simple consta de una resistencia de balasto R b y un diodo zener que desvía la carga.

En algunos casos, la estabilización se ve alterada.

1. Suministro de alto voltaje al estabilizador desde la fuente de alimentación con un condensador de filtro en la salida. Los aumentos repentinos de corriente durante la carga pueden provocar un fallo del diodo zener o la destrucción de la resistencia Rb.
2. Desconexión de carga. Cuando se aplica el voltaje máximo a la entrada, la corriente del diodo Zener puede exceder el valor permitido, lo que provocará su calentamiento y destrucción. Aquí es importante cumplir con el área de trabajo segura para pasaportes.
3. La resistencia R b se selecciona pequeña para que con el valor mínimo posible de la tensión de alimentación y la corriente máxima permitida en la carga, el diodo zener esté en la zona de control de funcionamiento.

Para proteger el estabilizador, los circuitos de protección de tiristores o

La resistencia R b se calcula mediante la fórmula:

R b = (U pit - U nom)(I st + I n).

La corriente del diodo Zener I st se selecciona entre los valores máximo y mínimo permitidos en función de la tensión de entrada U de alimentación y de la corriente de carga I n.

Selección de diodos zener.

Los elementos tienen una gran dispersión en el voltaje de estabilización. Para obtener valor exacto Los diodos Zener se seleccionan del mismo lote. Hay tipos con una gama más estrecha de parámetros. Para una alta disipación de potencia, los elementos se instalan en radiadores.

Para calcular los parámetros de un diodo zener, se requieren datos iniciales, por ejemplo, los siguientes:

• Alimentación U = 12-15 V - tensión de entrada;
• U st = 9 V - tensión estabilizada;

Los parámetros son típicos de dispositivos con bajo consumo de energía.

Para un voltaje de entrada mínimo de 12 V, la corriente de carga se selecciona al máximo: 100 mA. Usando la ley de Ohm, puedes encontrar la carga total del circuito:

R∑ = 12 V / 0,1 A = 120 ohmios.

La caída de voltaje en el diodo zener es de 9 V. Para una corriente de 0,1 A, la carga equivalente será:

Req = 9 V / 0,1 A = 90 ohmios.

Ahora puedes determinar la resistencia del lastre:

R b = 120 ohmios - 90 ohmios = 30 ohmios.

Se selecciona de la serie estándar, donde el valor coincide con el calculado.

La corriente máxima que circula por el diodo zener se determina teniendo en cuenta la desconexión de la carga, para que no falle si se desolda algún cable. La caída de voltaje a través de la resistencia será:

UR = 15 - 9 = 6 V.

Luego se determina la corriente a través de la resistencia:

I R = 6/30 = 0,2 A.

Como el diodo zener está conectado en serie, I c = I R = 0,2 A.

El poder de disipación será P = 0,2∙9 = 1,8 W.

Según los parámetros obtenidos, se selecciona un diodo zener D815V adecuado.

Diodo Zener simétrico

Un tiristor de diodo simétrico es un dispositivo de conmutación que conduce corriente alterna. Una característica de su funcionamiento es la caída de voltaje a varios voltios cuando se enciende en el rango de 30-50 V. Puede ser reemplazado por dos diodos zener convencionales consecutivos. Los dispositivos se utilizan como elementos de conmutación.

Análogo del diodo Zener

Cuando no es posible seleccionar un elemento adecuado, se utiliza un análogo de un diodo zener en transistores. Su ventaja es la capacidad de regular el voltaje. Para ello se pueden utilizar amplificadores DC de varias etapas.

En la entrada se instala un divisor de voltaje con R1. Si el voltaje de entrada aumenta, en la base del transistor VT1 también aumenta. Al mismo tiempo, aumenta la corriente a través del transistor VT2, lo que compensa el aumento de voltaje, manteniéndolo así estable en la salida.

Marcado de diodo Zener

Se fabrican diodos Zener de vidrio y diodos Zener en estuches de plástico. En el primer caso, se les aplican 2 números, entre los cuales se encuentra la letra V. La inscripción 9V1 significa que U st = 9,1 V.

Las inscripciones en la caja de plástico se descifran mediante una hoja de datos, donde también se pueden conocer otros parámetros.

El anillo oscuro en el cuerpo indica el cátodo al que está conectado el plus.

Conclusión

Un diodo zener es un diodo con propiedades especiales. La ventaja de los diodos zener es nivel alto estabilización de voltaje en amplia gama cambios en la corriente de operación, así como circuitos simples conexiones. Para estabilizar el bajo voltaje, los dispositivos se encienden hacia adelante y comienzan a funcionar como diodos comunes.