diodo zener

DIODO ZENER
Nel diodo raddrizzatore applicando al catodo una tensione positiva rispetto all'anodo, scorre soltanto una debolissima
corrente, detta "corrente di drift", che possiamo considerare nulla fino a quando la tensione applicata non raggiunge un
valore tale da innescare "l'effetto valanga". La tensione in cui si manifesta l’effetto valanga viene detta “tensione di Breakdown” (VBD), funzionando in tali condizioni, un diodo normale arriva presto alla distruzione per surriscaldamento.
E' tuttavia possibile, drogando fortemente il semiconduttore, ottenere un effetto simile all'effetto valanga, ma diverso per
due aspetti fondamentali:
1- il fenomeno può ripetersi indefinitamente senza che il diodo si distrugga
2- il fenomeno si produce anche a tensioni basse, dell'ordine di qualche volt
Tale fenomeno, per cui, a tensione praticamente costante, si verifica un brusco aumento della corrente inversa, viene
denominato "effetto Zener"; poiché il processo dipende dall'intensità del campo elettrico applicato, è possibile,
modificando lo spessore dello strato a cui viene applicata la tensione, ottenere diodi zener che manifestano l'effetto
valanga a tensioni diverse, in un campo che va da circa 4 volt a diverse centinaia di volt.
Grazie alle sue caratteristiche, il diodo zener viene ampiamente sfruttato per realizzare circuiti di stabilizzazione della
tensione.
I
I
VBD
Vz
VS
VS
VAK
VAK
Quando si supera la tensione di Zener Vz (che è negativa in quanto il diodo zener è polarizzato inversamente), la corrente
che passa nel diodo zener può raggiungere livelli altissimi senza che la tensione Vz venga modificata: poiché la stessa
corrente passa anche nella resistenza Rz, ai capi di quest'ultima si determina una maggiore caduta di tensione, che
compensa così l'aumento della tensione in ingresso fornita dal generatore.
Un diodo zener è quindi caratterizzato in primo luogo dalla tensione a cui si verifica l'effetto valanga (tensione di zener);
importante è poi la massima corrente (Imax) che il diodo zener può sopportare (pena la distruzione dello stesso) e la minima
corrente (Imin) necessaria affinché si manifesti l’effetto valanga.
Osserviamo come prima particolarità che, nell'uso normale, mentre un diodo raddrizzatore viene attraversato dalla
corrente nel senso anodo-catodo, un diodo zener viene inserito in circuito col catodo rivolto verso il positivo, così da
essere attraversato da una corrente inversa nel senso catodo-anodo.
Rz
Conoscendo:
Vz = 5 V
Vi = 12 V
I min = 5 mA
I max = 40 mA
+
Vi
Vz
Trovare il valore della resistenza R
R min =
Vi-Vz 12-5
7
=
=
= 175 Ω
I max
0,04
0,04
R max =
Vi-Vz
12-5
7
=
=
= 1400 Ω
I min
0,005
0,005
Adotterò una resistenza compresa tra i 175 Ω e i 1400 Ω
di 800 Ω che mi garantirà il funzionamento del diodo zener
in caso di fluttuazioni della Vi
IL DIODO ZENER COME STABILIZZATORE
Quando voglio raddrizzare una tensione alternata abbassandola di voltaggio uso un diodo zener in parallelo al
generatore ed una resistenza in serie al generatore. La resistenza Rz mi garantirà la giusta corrente di lavoro del
diodo, mentre il diodo mi garantirà la tensione stabilizzata Vz (tensione del diodo zener) ai capi di A e B ai
quali potrò collegare un circuito (carico).
a) Durante la semionda positiva la corrente esce dal generatore Vi e passa attraverso il diodo zener
polarizzandolo inversamente. Il diodo zener conduce superata la VBD detta tensione di zener Vz.
b) Raggiungendo la tensione Vz la semionda positiva non aumenta più di valore ma rimane stabile a Vz per
qualsiasi corrente superiore che attraversi il diodo.
c) Quando la semionda positiva nel decrescere raggiunge un valore di tensione minore di Vz, la semionda
decresce al decrescere di Vi.
d) Durante la semionda positiva opposta che esce dal generatore, il diodo zener si comporta come un diodo
raddrizzatore e la tensione cade tutta sulla Rz.
Rz
V
A
Vi
+
Vz = Vi
Vi
t
B
Rz
Vz
A
t
b
d
Vz = 0
Vi
a
+
c
B
Avrò quindi raddrizzato e diminuito la tensione Vi. Essendo che la tensione ottenuta non potrà superare Vz
qualunque tensione abbia Vi, si dice che essa è stabilizzata ossia protetta da sovratensioni che innalzerebbero
(seppur per qualche millisecondo) la Vi.
V
V
Vi
Vz
Vz
t
t