Csavaros Zener diódák
(13)A Zener-diódák a félvezető elemek családjába tartoznak és a diódák egy alcsoportját alkotják. Olyan aszimmetrikus vezetők, azaz olyan elemek, amelyek polaritásuk irányától függően eltérő tulajdonságokat mutatnak.
A Zener diódák ha nyitóirányban előfeszítettek, a hagyományos félvezető diódák tulajdonságaival azonos tulajdonságokat mutatnak. Ez egy kb. 0,7V-os feszültségesést jelent a kimeneteiken. Eltérő a viselkedésük, amikor záróirányú az előfeszítés. Normál félvezető diódák esetén a gyártó által megadott névleges fordított feszültség túllépése a dióda letörését okozza, ami, ha a diódán átfolyó áram ekkor nem csökken, kétségtelenül a dióda meghibásodásához vezet. Ezenkívül még korlátozott feszültség mellett is előfordulhat, hogy az alkatrész túlmelegedés miatt tönkremegy. A normál félvezető diódák záróirányú feszültségének értéke azonban nem túl nagy pontossággal van megadva, így a dokumentációban talált érték és a tényleges érték közötti eltérés néhány százalékos is lehet.
Zener dióda esetén sokkal pontosabban adják meg a záróirányban előfeszített dióda letörési feszültségének értékét. Ezt Zener feszültségnek vagy lavina letörési feszültségnek hívják. Ha ezt a paramétert túllépjük, a diódán átfolyó áram nagyon széles tartománya esetén a feszültség a kimenetein szinte állandó marad, ami jól látható bármely példa harmadik negyedében a Zener-diódára jellemző, áram-feszültség függés formájában. A hagyományos diódákhoz hasonlóan, ha a Zener-dióda letörésekor az áramerősség megfelelően korlátozott, és a dióda által disszipált teljesítmény nem túl nagy, az nem károsítja a diódát. A Zener diódákat azonban kifejezetten ellenőrzött letörésre gyártják, így sokkal nehezebb ilyen módon károsítani őket. Ha Zener diódát használunk egy elektronikus áramkörben, az szinte mindig védett a túlzott áramerősség ellen, mert a hagyományos félvezető diódákkal ellentétben várhatóan elég gyakran vagy akár folyamatosan záróirányú előfeszítéssel fog folyni.
Zener dióda – jellemzői és alkalmazásai
Az alacsony záróirányú feszültségű Zener diódák fordított irányban vezetik az áramot az úgynevezett Zener effektus miatt. Ezek a diódák erősen adalékolt p-n átmenetekkel rendelkeznek. A nagy Zener-feszültségű elemeknél úgynevezett lavinatörés következik be. Érdemes megjegyezni, hogy mindkét hatás minden ilyen típusú diódánál előfordul, függetlenül a névleges záróirányú feszültségtől, bár ezek közül az egyik nagymértékben domináns lehet.
A Zener-diódák viselkedésének jobb szemléltetése érdekében érdemes végig gondolni egy egyszerű áramkör esetét, amelyben egy ilyen típusú dióda kerül egy állítható tápegység kimenetei közé, és egy megfelelően kiválasztott ellenállást sorba kötünk a dióda egyik kimenetére, korlátozva a rajta folyó áramot egy olyan megfelelő értékre, amelynél a feszültségstabilizálás a leghatékonyabb. Ennek az ellenállásnak az ellenállásértékét gyakran megadják az elektronikus alkatrész dokumentációjában. Ha a dióda záróirányú előfeszítésű, és a tápfeszültség nő, a diódakimenetek feszültségkülönbsége megegyezik a tápfeszültség kijelzőjén mutatott feszültségkülönbséggel. Ha azonban ezt az értéket túllépjük a dióda áttörési feszültsége felett, a feszültségkülönbség a kimeneteken továbbra is megegyezik a Zener feszültséggel, még akkor is, ha a tápegység által generált feszültséget folyamatosan növeli. Azt mondhatjuk, hogy a feszültséget a Zener dióda stabilizálja.
A Zener-diódákat azonban nem szabad feszültség stabilizálására használni valamilyen elektronikus áramkör táplálása céljából. Erre a célra vannak dedikált feszültségstabilizátorok, például a népszerű LM317 stabilizátor. A fő különbség a két komponens között az általuk vezetett áram. Míg az LM317 stabilizátor esetében ez körülbelül 1,5 A, addig a Zener diódáknál ezek az értékek körülbelül 5 mA-től kezdődnek, bár a csavaros Zener diódák esetében - amelyek jóval nagyobbak, mint azok SMD vagy THT megfelelői - körülbelül 0,5-0,6 A szinten lehet áramot vezetni. Ezek az értékek azonban az adott modelltől függően jelentősen eltérhetnek, hiszen léteznek pl. THT Zener diódák, amelyek akár 1,5 A-t is képesek kezelni.
A fent leírt okok miatt a Zener-diódákat viszonylag ritkán alkalmazzák stabilizált feszültség forrásaként és csak kis áramot vevő rendszerekben, míg fő alkalmazási területük a referenciafeszültség forrása, pl. stabilizált tápegységekben, bár védő- és túlfeszültség elemként is használják pl. elektrosztatikus kisülés (ESD) vagy egyéb tranziens feszültségcsúcsok ellen.
Csavaros Zener diódák
A csavaros Zener diódák a Zener diódák egy speciális altípusa, amelyek egyik csatlakozása menetes csap formát kapott, ezért ezeket „csavaros rögzítésnek” nevezik. A másik terminál egy lemez, amelyen egy lyuk van, ez forrasztásra szolgál. Felépítésük is meg van adva, jelezve, hogy melyik terminál van a csavaron (anód [+] vagy katód[-]). A két tokozás, amelyben a csavaros Zener diódák találhatók, a DO4 és a DO5. Az SMD vagy THT diódákhoz képest sokkal nagyobb teljesítményt is kínálnak, amelyet el tudnak oszlatni, ezek közül a két legnépszerűbb érték a 10W és az 50W, míg ezeknél az elemeknél a Zener feszültség körülbelül 3,9V-tól egészen 200V-ig terjedhet. Érdemes megjegyezni, hogy ezek az értékek igencsak változatosak. Néhány példa: 4,3 V, 4,7 V, 5,1 V, 5,6 V, 6 V, 6,2 V, 6,8 V [...]. Amint látható, a Zener-diódák fordított feszültségértékeinek skálája meglehetősen sűrű, így az adott elektronikus áramkörhöz megfelelő alkatrész megtalálása nem okozhat problémát.
Raktár:
