1.1.4 Zener dioda

 

Nadzorom postupka izvedbe spojne diode moguće je proizvesti diodu koja u prekidnom području za širi opseg reverznih struja ima stalni iznos napona, tzv.Zener diodu. Budući radno područje Zener diode predstavljaju negativni iznosi napona i struje, za Zener diodu se pretpostavljaju suprotni referentni polariteti i smjerovi napona i struja. Slika 1.1-6 prikazuje simbol Zener diode i njezinu naponsko-strujnu karakteristiku. Napon kod kojega dolazi do potrebnog ponašanja diode naziva se Zener-ovim naponom, UZ, i njime je postavljen prag karakteristike.

sl_116.gif (3523 bytes)

Slika 1.1-6 Simbol i naponsko-strujna karakteristika Zener diode

 

Zener-ova dioda nalazi primjenu u krugovima za održavanje stalnih iznosa napona. Primjer primjene Zener diode prikazuje slika 1.1-7.

sl_117.gif (2059 bytes)

Slika 1.1-7 Naponski regulator s Zener diodom

 

Krug je moguće analizirati na više načina. U analizi koja slijedi naglašava se primjena Zener diode. Pretpostavlja se da je dioda idealna, tj. da strujama koje teku kroz diodu u opsegu od IZ,min do IZ,max odgovara stalni iznos napona UZ. Uz napon izvora Ug koji se mijenja u rasponu od Ug,min do Ug,max regulator na slici 1.1-7 teži održati stalni pad napona iznosa UZ na otporniku RT čak i u slučaju promjene otpora trošila RT. To je moguće postići ako se Zener-ova struja uvijek nalazi unutar dozvoljenih krajnjih granica IZ,min i IZ,max. Do najvećeg iznosa struje kroz diodu dolazi kada trošilo nije priključeno, a napon izvora poprima najveću vrijednost, tj.

 

(1.1-2)

 

to zahtijeva da je

 

(1.1-3)

 

Najmanja struja teče kroz diodu kada je struja u grani trošila najvećeg iznosa, a napon izvora najmanji, tj.

 

(1.1-4)

 

a to zahtjeva da je

 

(1.1-5)

Primjer 1.1-1

Za krug naponskog regulatora na slici 1.1-7, uz Zener-ov napon UZ = 12 V i napon izvora 25 V ± 20%, treba odabrati iznos otpornika R i najmanji dozvoljeni iznos otpora trošila RT. Pretpostavljaju se sljedeće najveće i najmanje vrijednosti struje, IZ,max = 20 mA i IZ,min = 1 mA.

Rješenje 1.1-1

Vrijednost otpornika R slijedi iz izraza (1.1-3)

Vrijednost otpora trošila RT slijedi iz izraza (1.1-5)

U praksi je najbliža vrijednost otporu od 900 vrijednost od 910 koja upotrijebljena umjesto otpora od 900 daje otpor trošila RT,min 3 1540 .

 

Zener diode se izrađuju s zener-ovim naponima od nekoliko volti do nekoliko stotina volti i snagama do nekoliko desetaka vata. Krivulja u Zener-ovom područje realnih dioda nije potpuno usporedna s osi struje, već postoji konačni pozitivni nagib. U zadanoj radnoj točki recipročna vrijednost nagiba se naziva dinamičkim otporom, RZ

 

(1.1-6)

 

Iznos otpora RZ se mijenja promjenom radne točke. Uz visoke iznose struje RZ iznosi samo nekoliko ohm-a. Uz niske iznose struje, RZ iznosi nekoliko stotina ohm-a. Približavanjem struje koljenu diode, RZ, postaje vrlo velikim.

 

Izraz (1.1-6) označava da mala promjena struje () oko početne radne točke odgovara promjeni napona na diodi (), odnosno

 

(1.1-7)

Promjena napona u je u izravnom odnosu sa sposobnošću održavanja stalnog napona praktično upotrebljive diode.

 

Korisni nadomjesni krug Zener diode predstavljaju naponski izvor napona UZ i otpora RZ. Model dobro opisuje ponašanje Zener diode u području proboja za struje bliske radnoj vrijednosti utvrđenoj izrazom (1.1-6) za otpor RZ.

 

povratak