Schroef-achtige zenerdiodes
(7)Zenerdiodes zijn een familie van halfgeleiderelementen en een subgroep van diodes die asymmetrisch geleidende elementen zijn, nl. elementen die verschillende eigenschappen vertonen afhankelijk van hun polarisatierichting.
Zenerdiodes hebben, wanneer zij in de geleidingsrichting gepolariseerd zijn, dezelfde eigenschappen als gewone halfgeleiderdiodes. Dit betekent een spanningsval van ongeveer 0,7 V op hun uitgangen. Het verschil is hun gedrag bij omgekeerde polarisatie. In het geval van gewone halfgeleiderdiodes leidt overschrijding van de door de fabrikant gespecificeerde nominale sperspanning tot doorslaan van de diode. Als de stroom die op dat moment door de diode loopt niet wordt beperkt, leidt dit ongetwijfeld tot beschadiging van de diode. Ondanks de stroombeperking, kan bovendien toch schade aan het onderdeel ontstaan door oververhitting. De waarde van de sperspanning voor gewone halfgeleiderdiodes wordt echter niet met grote nauwkeurigheid vermeld, zodat het verschil tussen de in de documentatie gevonden waarde en de werkelijke waarde enkele procenten kan bedragen.
In het geval van zenerdiodes wordt de spanningswaarde die een omgekeerd gepolariseerde diode veroorzaakt, veel nauwkeuriger aangegeven. Dit wordt de zenerspanning of doorslagspanning genoemd. Als de waarde van deze parameter wordt overschreden, blijft voor een zeer breed stroombereik door de diode de spanning op de klemmen vrijwel constant. Dit is duidelijk zichtbaar in het derde kwadrant van elke voorbeeldspecificatie van een zenerdiode, in de vorm van de stroom-spanningsafhankelijkheid. Net als bij gewone diodes zal de zenerdiode niet beschadigd raken als de stroom bij doorslag goed wordt begrensd en het erop gedissipeerde vermogen niet te hoog is. Zenerdiodes zijn echter speciaal vervaardigd om een gecontroleerde doorslag te hebben. Het is daarom veel moeilijker om ze op deze manier te beschadigen. Als een zenerdiode in een elektronisch systeem wordt gebruikt, is hij bijna altijd beschermd tegen teveel stroom, omdat we verwachten dat deze vrij vaak of zelfs continu in de sperrichting zal stromen, wat niet kan worden gezegd in het geval van gewone halfgeleiderdiodes.
Zenerdiode - eigenschappen en toepassingen
Zenerdiodes met een lage sperspanning geleiden de stroom in de omgekeerde richting dankzij het zogenaamde zenereffect. Deze diodes hebben sterk gedoteerde p-n juncties. In het geval van elementen met een hoge zenerspanning treedt een zogenaamde lawinedoorslag op. Het is vermeldenswaard dat beide effecten optreden bij elke diode van dit type, ongeacht de sperspanning, hoewel één van beide aanzienlijk kan domineren.
Om het gedrag van zenerdiodes beter uit te leggen, is het de moeite waard om eens te kijken naar een eenvoudig systeem, waarin zo'n diode tussen de uitgangen van de gereguleerde voeding is geplaatst en een van zijn uitgangen in serie is geschakeld met een passende weerstand die de stroom die er doorheen vloeit beperkt tot de juiste waarde en waarvoor spanningsstabilisatie het meest efficiënt zal werken. De resistantiewaarde van deze weerstand staat meestal vermeld in de documentatie van de elektronische component in kwestie. Op het moment dat de diode in omgekeerde richting is gepolariseerd tijdens verhoging van de voedingsspanning, zal het spanningsverschil op de diode-uitgangen hetzelfde zijn als het verschil dat is aangegeven door het display van de voeding. Als deze waarde echter wordt overschreden boven de doorslagspanning van de betreffende diode, zal het spanningsverschil op de klemmen nog steeds gelijk zijn aan de zenerspanning, zelfs als u de door de voeding gegenereerde spanning geleidelijk verhoogt. Je zou kunnen zeggen dat de spanning wordt gestabiliseerd door de zenerdiode.
Zenerdiodes mogen echter niet worden gebruikt voor spanningsstabilisatie met de bedoeling een elektronisch systeem te voeden. Hiervoor dienen speciale spanningsstabilisatoren, zoals de populaire stabilisator LM317. Het belangrijkste verschil tussen deze twee componenten is de stroom die er doorheen kan lopen. In het geval van de stabilisator LM317 is dit een waarde van ongeveer 1,5 A en de waarden van zenerdiodes beginnen al vanaf ongeveer 5 mA, hoewel het in het geval van geschroefde zenerdiodes die veel groter zijn dan hun SMD- of THT-tegenhangers, het mogelijk is stromen van ongeveer 0,5 tot 0,6 A te geleiden. Deze waarden kunnen afhankelijk van het specifieke model echter aanzienlijk variëren, aangezien er bijvoorbeeld THT-zenerdiodes zijn die zelfs 1,5 A kunnen doorlaten.
Om de hierboven beschreven redenen worden zenerdiodes betrekkelijk zelden gebruikt als bron van gestabiliseerde spanning en alleen voor systemen die een kleine stroom verbruiken, terwijl hun belangrijkste toepassing is om als referentiespanningsbron te fungeren, bv. in gestabiliseerde voedingen, hoewel ze ook worden toegepast als beschermings- en anti-overspanningselement, bv. tegen elektrostatische ontlading (ESD - EN: Electrostatic Discharge) of andere tijdelijke spanningspieken.
Geschroefde zenerdiodes
Geschroefde zenerdiodes zijn een specifieke soort zenerdiode waarvan een van de aansluitingen de vorm van een schroef heeft, vandaar dat hun montage "geschroefd" wordt genoemd. De tweede aansluiting daarentegen heeft de vorm van een plaatje met een gat dat moet worden vastgesoldeerd. Hun structuur wordt ook aangeduid. Hierin wordt aangegeven welke aansluiting op de schroef zit (anode [+] of kathode [-]). De twee behuizingen waarin u zenerdiodes van het schroeftype kunt aantreffen zijn DO4 en DO5. Vergeleken met SMD- of THT-diodes hebben ze ook veel hogere vermogens die kunnen dissiperen. De twee meest populaire waarden hiervan zijn 10 W en 50 W, terwijl de zenerspanning voor deze elementen kan variëren van ongeveer 3,9 V tot maar liefst 200 V. Het is goed om te weten dat deze waarden aanzienlijk uiteenlopen. Voorbeelden ervan zijn 4,3 V, 4,7 V, 5,1 V, 5,6 V, 6 V, 6,2 V, 6,8 V [...]. Zoals u kunt zien, is het bereik van de sperspanning voor zenerdiodes vrij groot. U zult waarschijnlijk dan ook geen problemen hebben om de juiste component voor uw elektronische schakeling te vinden.
Magazijn:
