Diode Zener - qu'est-ce que c'est et à quoi ça sert ?

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 13:54

Une diode Zener est une diode semi-conductrice aux propriétés uniques. Si un semi-conducteur ordinaire est un isolant lorsqu'il est remis sous tension, il remplit cette fonction jusqu'à une certaine augmentation de la tension appliquée, après quoi un claquage réversible de type avalanche se produit. Avec une augmentation supplémentaire du courant inverse circulant dans la diode Zener, la tension continue à rester constante en raison d'une diminution proportionnelle de la résistance. De cette façon, il est possible d'atteindre le mode de stabilisation.

À l'état fermé, un petit courant de fuite traverse d'abord la diode Zener. L'élément se comporte comme une résistance dont la valeur de résistance est grande. Lors du claquage, la résistance de la diode zener devient négligeable. Si nous continuons à augmenter la tension à l'entrée, l'élément commence à chauffer et lorsque le courant dépasse la valeur admissible, un irréversibleclaquage thermique. Si la question n'est pas abordée, lorsque la tension passe de zéro à la limite supérieure de la zone de travail, les propriétés de la diode zener sont préservées.

Lorsqu'une diode Zener est directement allumée, les caractéristiques sont les mêmes qu'une diode. Lorsque le plus est connecté à la région p et que le moins est connecté à la région n, la résistance de transition est faible et le courant la traverse librement. Il augmente à mesure que la tension d'entrée augmente.

Une diode Zener est une diode spéciale connectée principalement dans la direction opposée. L'élément est d'abord à l'état fermé. En cas de panne électrique, la diode Zener de tension la maintient constante sur une large plage de courant.

Un moins est appliqué à l'anode et un plus à la cathode. Au-delà de la stabilisation (en dessous du point 2), une surchauffe se produit et la probabilité de défaillance de l'élément augmente.

Caractéristiques

Zener paramètres sont les suivants:

• U_st - tension de stabilisation au courant nominal I_st;
• I_{st min - courant de démarrage minimum de panne électrique;}
• I_{st max - courant maximal admissible;}
• TKN - coefficient de température.

Contrairement à une diode conventionnelle, une diode Zener est un dispositif semi-conducteur dans lequel les régions de claquage électrique et thermique sont assez éloignées sur la caractéristique courant-tension.

Associé au courant maximum admissible est un paramètre souvent spécifié danstableaux - puissance dissipée:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

La dépendance à la température de la diode Zener peut être positive ou négative. En connectant des éléments en série avec des coefficients de signes différents, des diodes Zener de précision sont créées qui ne dépendent pas du chauffage ou du refroidissement.

Régimes d'inclusion

Circuit typique d'un stabilisateur simple, se compose d'une résistance de ballast R_{b et d'une diode Zener qui shunte la charge.}

Dans certains cas, il y a une violation de la stabilisation.

1. Soumission au stabilisateur d'une tension importante de la source d'alimentation en présence d'un condensateur de filtrage en sortie. Les surtensions lors de la charge peuvent provoquer une défaillance de la diode Zener ou la destruction de la résistance R_b.
2. Arrêt de la charge. Lorsque la tension maximale est appliquée à l'entrée, le courant de la diode Zener peut dépasser celui autorisé, ce qui entraînera son échauffement et sa destruction. Ici, il est important de respecter la zone du passeport de travail sécurisé.
3. La résistance R_{b est choisie petite de sorte qu'à la tension d'alimentation minimale possible et au courant maximal admissible à la charge, la diode Zener se trouve dans la zone de régulation de travail.}

Les circuits de protection des thyristors ou les fusibles sont utilisés pour protéger le stabilisateur.

Résistance R_{b est calculé par la formule:}

R_b=(U_pit - U_nom)(Ist _{+ I}n_).

Actuella diode zener I_st est sélectionnée entre les valeurs maximale et minimale admissibles, en fonction de la tension d'entrée U_pit et du courant de charge I _n.

Sélection Zener

Les éléments ont une large plage de tension de stabilisation. Pour obtenir la valeur exacte de U_{n, les diodes Zener sont sélectionnées dans le même lot. Il existe des types avec une plage de paramètres plus étroite. Avec une dissipation de puissance élevée, les éléments sont installés sur des radiateurs.}

Pour calculer les paramètres de la diode Zener, des données initiales sont nécessaires, par exemple, celles-ci:

• U_{pit=12-15 V - tension d'entrée;}
• U_{st=9 V - tension stabilisée;}
• R_{n=50-100 mA - charge.}

Les paramètres sont typiques pour les appareils à faible consommation d'énergie.

Pour une tension d'entrée minimale de 12 V, le courant sur la charge est sélectionné au maximum - 100 mA. Selon la loi d'Ohm, vous pouvez trouver la charge totale du circuit:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

Au niveau de la diode Zener, la chute de tension est de 9 V. Pour un courant de 0,1 A, la charge équivalente sera:

R_{eq=9 V / 0,1 A=90 Ohm.}

Vous pouvez maintenant déterminer la résistance du ballast:

R_{b=120 Ohm - 90 Ohm=30 Ohm.}

Il est sélectionné dans la ligne standard, où la valeur est la même que celle calculée.

Le courant maximal à travers la diode Zener est déterminé en tenant compte de la déconnexion de la charge afin qu'elle ne tombe pas en panne si un fil est dessoudé. La chute de tension aux bornes de la résistance sera:

U_{R=15 - 9=6 B.}

Ensuite, le courant traversant la résistance est déterminé:

I_{R=6/30=0, 2 A.}

Comme la diode Zener est connectée en série avec elle, I_c=I_{R=0,2 A.}

La dissipation de puissance sera P=0,2∙9=1,8 W.

Selon les paramètres obtenus, une diode Zener appropriée D815V est sélectionnée.

Diode Zener symétrique

Le thyristor à diode symétrique est un dispositif de commutation qui conduit le courant alternatif. Une caractéristique de son travail est une chute de tension pouvant atteindre plusieurs volts lorsqu'il est allumé dans la plage de 30 à 50 V. Il peut être remplacé par deux diodes Zener conventionnelles contre-connectées. Les appareils sont utilisés comme éléments de commutation.

Analogique d'une diode Zener

Lorsqu'il n'est pas possible de trouver un élément approprié, ils utilisent un analogue d'une diode Zener sur des transistors. Leur avantage est la possibilité de régulation de tension. Des amplificateurs CC à plusieurs étages peuvent être utilisés pour cela.

Un diviseur de tension avec une résistance d'ajustement R1 est installé à l'entrée. Si la tension d'entrée augmente, sur la base du transistor VT1, elle augmente également. Dans le même temps, le courant à travers le transistor VT2 augmente, ce qui compense l'augmentation de la tension, la maintenant ainsi stable à la sortie.

Marquage des diodes Zener

Des diodes Zener en verre et des diodes Zener dans des boîtiers en plastique sont produites. Dans le premier cas, 2 chiffres leur sont appliqués, entre lesquels se trouve la lettre V. L'inscription 9V1 signifie queU_{st=9, 1 V.}

Sur le boîtier en plastique, les inscriptions sont déchiffrées à l'aide d'une fiche technique, où vous pouvez également trouver d'autres paramètres.

L'anneau noir sur le boîtier indique la cathode à laquelle le plus est connecté.

Conclusion

Une diode Zener est une diode avec des propriétés spéciales. L'avantage des diodes Zener est un haut niveau de stabilisation de la tension avec une large gamme de changements de courant de fonctionnement, ainsi que des schémas de connexion simples. Pour stabiliser une petite tension, les appareils sont allumés dans le sens direct et commencent à fonctionner comme des diodes ordinaires.