by Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module4 Hoofdstuk 1 Paragraaf 1.11 Blz 82 t/m 89
Een zenerdiode is een halfgeleiderdiode die zo geconstrueerd is dat de spanning over de diode in sperrichting, na het bereiken van de zenerspanning over een relatief groot bereik van de stroomsterkte, constant blijft. Deze eigenschap berust op het zenereffect.
De Zenerdiode in het algemeen
Een Zenerdiode is zodanig geconstrueerd dat die bij een vooraf bepaalde sperspanning (zenerspanning Uz) de stroom gaat geleiden, terwijl de spanning nauwelijks toeneemt en bovendien de diode niet defect raakt.
Zodra de spanning weer onder deze zenerspanning komt, dan blijft de zenerdiode gewoon intact. In doorlaat werkt de zenerdiode als een normale diode.
Maximaal gedissipeerd vermogen
De stroom Iz is wel aan een maximum gebonden. Voor de vermogensdissipatie geldt hier dan ook:
Pd= Uz keer Iz (Vermogensdissipatie= Zenerspanning keer de Zenerstroom
Toepassing van Zenerdiodes
We zagen al dat de Zenerdiode gebruikt wordt voor Spanningsstabilisatie. We kunnen hiermee de Spanning begrenzen, maar tevens een referentiespanning creëren. Zenerdioden zijn verkrijgbaar met een zenerspanning vanaf 2 volt.
Het werkgebied als zenerdiode is in het spergebied. Evenals andere dioden is de karakteristiek van een zenerdiode ook afhankelijk van de omgevingstemperatuur. Dat is zichtbaar in onderstaande afbeelding.
Je ziet dat in het werkgebied (sper) bij toenemende temperatuur de zenerspanning Uz daalt. Zo hebben zenerdiodes kleiner dan 6V een negatieve temperatuur-coëfficiënt en zenerdiodes groter dan 6V een positieve temperatuur-coëfficiënt.
Zenerdiodes rond de 6V zijn dus het minst temperatuurafhankelijk. De karakteristieken van verschillende zenerdioden van één bepaald type worden weergegeven in één grafiek. Een voorbeeld is weergegeven in onderstaande afbeelding.
Codering zenerdiode en bepalen zenerspanning uit de karakteristiek
De aanduiding BZX29-C6V8 heeft de volgende betekenis:
- 1ste letter B = Silicium;
- 2de letter Z = Zenerdiode;
- 3de loetter X,Y of Z voor een professioneel type.
Hierna komt het reeksnummer, bijvoorbeeld 29. Dan een letter voor de tolerantie A=1%, B=2%, C=5% en D=20%. Ten slotte de zenerspanning, bijvoorbeeld 6,8 V.
Toelichting bij het bepalen van de zenerspanning: De aanduiding van de zenerspanning is vergelijkbaar met aanduiding van bijvoorbeeld weerstandswaarden. Je ziet soms 26R2 of 2k1 staan. De betekenis is vergelijkbaar: 26R2 = 26,2 Ohm en 2k1= 2,1 Kilo Ohm.
Het bepalen van de zenerspanning van type BZX29-C7V5 : Uz = 7,5 Volt.
Spanningsstabilisatie met zenerdiode
We kunnen met een zenerdiode de spanning op twee methoden stabiliseren:
- Seriestabilisatie;
- Parallelstabilisatie
Seriestabilisatie met de diode
Schakelingen voor seriestabilisatie zullen in de meeste gestabiliseerde voedingen gebruikt worden. Ze hebben als voordeel dat in een onbelaste situatie er geen vermogen opgenomen wordt. Deze schakeling wordt nu niet verder besproken.
In onderstaande afbeelding is een complete schakeling voor seriestabilisatie met zenerdiode weergegeven.
Parallelstabilisatie met zenerdiode
Parallelstabilisatie wordt meestal toegepast als we een beperkt vermogen opnemen. Zodra de schakeling actief is, ook belast, dan wordt vrijwel altijd het volledige vermogen opgenomen, omdat er een nagenoeg constante stroom loopt.
Ik heb hiervoor nogmaals een paar afbeeldingen en deze afbeeldingen zijn hieronder te zien. Om een stabiele spanning te waarborgen zal de ingangsspanning voldoende hoog moeten zijn om bij wisselende belastingen toch een vlakke spanning af te kunnen geven.
Belasten van schakeling met parallelstabilisatie
We hebben gezien in het Artikel spanning stabiel maken en gelijk richten dat er verschillende belastingen mogelijk zijn. Om de verschillende belastingen te doorgronden wil ik deze verschillende situaties even doorlopen aan de hand van een voorbeeld.
Er zijn in elk geval 2 uiterste belastingsituaties mogelijk, namelijk onbelast en kortsluiting. Tussen deze 2 punten is er een belastinglijn te trekken. Met een voorbeeld zal ik verschillende belastingen toelichten.
Opdracht:
-Bepaal de belastinglijn bij de ingangsspanning;
-Welke belastingweerstand mag minimaal aangesloten zijn bij een nog net stabiele zenersspanning? (=maximale belasting)
Uitwerking (Theoretisch benaderd)
Een belastinglijn loopt altijd van onbelast tot maximaal belast (Kortsluiting)
Onbelast: De laagste belasting is op de aansluitklemmen geen weerstand aan te sluiten (Rl=∞). In de afbeelding hieronder is de minst belaste situatie weergegeven. De zenerdiode is dan ook afwezig, zodat er geen stroom kan lopen It=0 Ampere. De uitgangsspanning Uz is dan gelijk aan de voedingsspanning Uv(12V). Dat is het éne uiterste van de belastinglijn.
Kortsluitbelasting: Het andere uiterste van de belasting is de aansluitklemmen kortsluiten waardoor de uitgangsspanning Uz=0V wordt. De stroom wordt nu ook bepaald door de voedingspanning en de weerstand R
I kortsluit = Uv delen door R= 12/200= 0,06A= 60Ma. Met de hieronder twee genoemde belastingsituaties kan de belastinglijn getekend worden.
Alle verschillende belastingen zullen ergens op deze belastinglijn liggen. Het punt waarop de twee lijnen elkaar snijden, wordt het werkpunt genoemd. Uitwerking 2de deel van de opdracht:
De minimumwaarde voor de belastingweerstand wordt bepaald door de maximaal af te geven stroom van de voeding (niet kortsluitstroom) en de stabiele zenerspanning.
De serieweerstand R krijgt de verschilspanning van de voeding minus de zenerspanning Ur= Uv-Uz – 12-5,6= 6,4 Volt. Deze spanning bepaalt de maximale stroom bij een stabiele zenerspanning.
It= Ur delen door R= 6,4/200=0,032 Ampere= 32 mA. Theoretisch is het dus mogelijk dat alle stroom naar de belastingweerstand gaat en er geen stroom door de zenerdiode loopt, terwijl de zenerspanning toch 5,6 volt blijft. In dat geval zal de laagste belastingweerstand met een stabiele zenerspanning een waarde hebben van Rl=Uz/It=5,6/0,03= 186,7 Ohm.
In de praktijk blijkt dat deze uitgangsspanning bij verschillende belastingen niet constant is, en dat daarmee ook de totaalstroom wel kleine variaties zal hebben.
Andere Soorten Diodes
Bent u nou geïnteresseerd geraakt in meerdere Diodes? Kijk dan eens naar de volgende Artikelen:
Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module4 Hoofdstuk 1 Paragraaf 1.11 Blz 82 t/m 89
4 Comments