Elektronika analogowa #6 - Dioda zenera / Stabilizator

Poradniki użytkowników forum

Elektronika analogowa #6 - Dioda zenera / Stabilizator

Postprzez karolsw2 » 13 sty 2016, o 23:49

Obrazek
Dioda zenera

Dioda zenera to element elektroniczny o dowóch elektrodach, będący podgatunkiem diody prostowniczej.
By wyjaśnić, jak ona działa, należy sobie dopowiedzieć kilka faktów na temat zwykłej diody prostowniczej:
Dioda prostownicza pozwala nam ustalić kierunek przepływu prądu - po włączeniu jej do układu prąd będzie przepływał w żądanym przez nas kierunku. Jednak każdy element elektroniczny ma swoje ograniczenia - takim ograniczeniem dla diody prostowniczej jest napięcie zaporowe, czyli napięcie po przekroczeniu którego dioda traci swoje właściwości - i prąd zaczyna się cofać (nie płynie tylko w jednym kierunku). Zjawisko to można porównać do tamy wodnej, w czasie gdy poziom wody dostał się ponad nią - i może nad nią przepłynąć.
Zazwyczaj w takiej sytuacji dioda ulega spaleniu. Więcej o diodzie prostowniczej: viewtopic.php?f=13&t=11


Działanie diody Zenera
Napięcie zaporowe na diodzie zenera jest natomiast "makabrycznie niskie" - Wynosi ono przeważnie od kilku do kilkunastu woltów - i jest to jej zaletą, gdyż naturalnym środowiskiem pracy diody zenera jest praca przy prądzie płynącym zaporowo. Dioda zenera w takiej sytuacji nie ulega spaleniu. By szerzej zrozumieć istotę jej istnienia musimy przyjżeć się analogicznemu porównaniu do zapory wodnej:
Obrazek
Na diodzie osadzane jest napięcie równe jej napięciu zaporowym - każde wyższe napięcie powoduje swobodny przepływ prądu przez nią - tak jak każdy wyższy poziom wody przepływa nad tamą. Czyli:
Gdy mamy napięcie równe 5V, i diodę zenera o napięciu zaporowym równym 3,3V - możemy uzyskać dwa warianty napięcia na wyjściu: napięcie równe napięciu zaporowemu diody zenera (3,3V), bądź napięcie równe napięciu na wejściu odjąć napięcie zaporowe diody zenera --> 5V - 3,3V = 1,7V


Podstawowy układ na diodzie zenera - stabilizator

Zastosujmy się do pierwszego wariantu napięcia wyjściowego - będzie ono przybliżone do wartości napięcia zaporowego diody. Stwórzmy więc sobie taki układ:
Obrazek
Element po środku to oczywiście dioda zenera. Jak widzicie jej symbol jest podobny do pozostałych poznanych nam diod.
Obrazek

Jak możecie zauważyć - ja w swoim układzie użyłem dwóch rezystorów 100 Ohm połączonych równolegle (mam nadzieję że każdy już wie, jaka jest rezystancja tego typu połączenia ;) ) .
Są one wymagane, gdyż niestety układ ten pobiera naprawdę dużo prądu (liczone w miliamperach, ale jednak!), i bez tych rezystorów dioda po prostu by się spaliła. Jesteśmy więc mocno ograniczeni, jeśli chodzi o wydajność prądową naszego układu. Obliczmy, co się w nim dzieje:

Prąd płynący w obwodzie:
Obrazek

Uwe - Napięcia wejścia
Uze - Napięcie zaporowe diody zenera
Rz - Rezystancja zastępcza obwodu

Ja zastosowałem diodę zenera 5,1V i zasiliłem układ napięciem równym 6V.
Rezystancja zastępcza mojego obwodu wynosiła 50 Ohm, tak więc:
Obrazek

Tyle oto prądu zużywa nasz układ. Teoretycznie jest to mało, ale gdyby to miałby być układ zasilany na baterię, to podziałałby ledwo kilka dni. Nie mówiąc już o obciążeniu.
Pomijając wszelkie niegodziwości wydajności układu, napięcie na jego wyjściu jest "w miarę" stabilne:
Obrazek
Jak więc widzicie, stabilizator ten ma bardzo złe parametry prądowe. Na szczęście przy zastosowaniu jednego, taniego elementu można go ulepszyć... i to nawet kilkusetkrotnie !
Ten ono mistyczny element opiszę już niedługo... wraz z budową całkiem niezłego zasilacza na płytce PCB !
Mam nadzieję że zrozumieliście chociaż po części, na czym polega dioda zenera. Jeśli macie jakiekolwiek wątpliwości, to zostawcie komentarz :)
Następny poradnik już niedługo! ;)
Obrazek
Avatar użytkownika
karolsw2
Administrator
Administrator
 
Posty: 19
Dołączył(a): 4 sty 2016, o 23:16
Lokalizacja: Kraków

Powrót do Poradniki




Użytkownicy przeglądający ten dział: Brak zidentyfikowanych użytkowników i 1 gość