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

Zenerdiode symbolen en schakeling

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.

Karakteristiek van zenerdiode met temperatuurafhankelijkheid

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.

Karakteristiek zenerdioden

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.

De diode in een eenvoudige seriestabilisatie

In onderstaande afbeelding is een complete schakeling voor seriestabilisatie met zenerdiode weergegeven.

Complete schakeling voor seriestabilisatie

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.

Parallelstabilisatie met zenerdiode

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.

Onbelaste kortsluit

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.

Belastinglijn voor parallelstabilisatie zenerdiode

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

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.