IA

UA

UZ

ELECTRONICĂ Pag. 1 / 6

DIODA ZENERSTABILIZATOR DE TENSIUNE CU DIODA ZENER

În cadrul acestei lucrări de laborator se urmăreşte atingerea următoarelor obiective:

Familiarizarea cu caracteristica diodei Zener Cunoaşterea modelului echivalent al diodei Zener Stabilizator de tensiune – aplicaţie directă a diodei Zener Principalii parametri ai unui stabilizator de tensiune

Dioda Zener este o diodă cu o construcţie şi proprietăţi speciale, ea diferenţiindu-se de o diodă semiconductoare prin aceea că este capabilă să funcţioneze în regiunea de străpungere fără a se distruge.

Străpungerea unei diode semiconductoare se poate realiza prin două mecanisme diferite:

Multiplicare în avalanşă – fenomen ce se produce pentru tensiuni la borne mai mari de 8V (adică pentru intensităţi mari al câmpului electric din regiunea de tranziţie a joncţiunii), moment în care electronii acceleraţi de câmp acumulează energii suficient de mari pentru a produce ionizarea atomilor din reţeaua cristalină cu care se ciocnesc, ducând astfel la eliberarea de noi electroni, care la rândul lor vor provoca noi ionizări etc.

Efectul tunel, denumit şi Efect Zener – fenomen ce se produce la tensiuni mai mici de 5V şi constă în trecerea electronilor prin regiunea de tranziţie a joncţiunii chiar dacă nu posedă o energie suficient de mare pentru a depăşi bariera de potenţial. Acest fenomen se poate explica datorită comportării duale undă – corpuscul a elctronilor.

Pentru tensiuni la borne cuprinse între 5V şi 8V se produc ambele fenomene de străpungere a diodei.

Observaţii: În conducţie directă caracteristica unei diode Zener este identică cu aceea a unei diode

semiconductoare obişnuite Coeficientul de temperatură al diodei Zener este pozitiv pentru diodele cu Uz mai mare

de 5V si negativ pentru Uz < 5 V (]n jurul a 5V, coeficientul de temperatură este aproximativ 0

În funcţionarea normală, dioda Zener trebuie polarizată invers

Caracteristica statică a diodei Zener poate fi aproximată prin linearizare pe porţiuni, aşa ca în Fig.1a. Această caracteristică linearizată este cea a unui circuit echivalent ca funcţionare cu dioda Zener, circuit schematizat în Fig.1b.

+ –

Anod Catod

– +

α

rD

Di1

rz

UD

RL

Fig. 1a Fig. 1b

UZ

E

680Ω

R

ELECTRONICĂ Pag. 2 / 6

Elementele constitutive ale acestui circuit echivalent cu dioda Zener sunt:

UD – valoarea tensiunii de deschidere a diodei Zener în conducţie directă UZ – valoarea tensiunii pe dioda Zener când aceasta lucrează în zona de străpungere

Obs. : UD şi UZ sunt practic abscisele punctelor în care caracteristica intersectează axa tensiunilor.

Di1, Di2 – cele două diode ideale modelează regiunea caracteristicii cuprinsă între UZ şi UD, unde curentul prin diodă este nul

rD – rezistenţa diodei în conducţie directă rD=1/m

unde, m = tgα este panta dreptei ce modelizează caracteristica diodei rz – rezistenţa diferenţială (rezistenţa dinamică) ce reprezintă inversul pantei caracteristicii

în zona de străpungere rZ = dUZ/dIZ

Observaţii: Elementele din ramura superioară (Di1, UD, rD) modelează funcţionarea diodei Zener în

conducţie directă, ele formând practic modelul unei diode semiconductoare simple. Elementele din ramura inferioară (Di2, UZ, rZ) modelează funcţionarea diodei Zener în

conducţie inversă (modul normal de funcţionare a diodei Zener)

Dioda Zener poate fi folosită ca stabilizator de tensiune. Acest fapt se datorează faptului că tensiunea de alimentare a unei sarcini conectate la bornele diodei Zener, atunci când aceasta lucrează în conducţie inversă, nu va suferi modificări importante, chiar dacă aar apărea variaţii destul de mari ale curentului prin diodă.

Schema de funcţionare a unui stabilizator de tensiune cu diodă Zener este dată în Fig.2

Fig.2

DZ

IZ

ILI

Di2

ULU1

DZ

ULRL

5KΩ

DZ

ELECTRONICĂ Pag. 3 / 6

Mod de lucru

Se realizează montajul din Fig.3, ce reprezintă funcţionarea normală a diodei Zener, adică în conducţie inversă, poziţionând aparatele de măsură după cum urmează:

Voltmetru pe 10V Ampermetru pe 25 mA Pentru curenţi mai mici de 1mA – măsurătorile se fac în poziţia 1 (în poziţia 2 pentru

curenţi peste 1mA)

Iz (mA) 0,05 0,1 0,5 0,8 1 2 5 10 15 25Uz (V) 9,3 9,3 9,5 9,65 9,7 9,6 9,6 9,6 9,6 9,7

Se inversează dioda Zener din montajul anterior în vederea trasării caracteristicii ei directe Se poziţionează aparatele de măsură pe 1V şi respectiv 25mA Se fac determinările ca la conducţia directă şi se completează tabelul

IA (mA) 0,1 0,5 1 5 10 15 20 25UA (V) 1,56 0,74 0,9 0,64 0,66 0,68 0,68 0,69

Se realizează montajul din Fig.4 şi se trasează caracteristica de ieşire a stabilizatorului pentru U1 = 20 V

Poziţionarea aparatelor: I – pe 100 mA

IL – pe 25 mA UL – pe 10 V

Se va avea grijă ca la conectarea sursei, RL să nu fie pe zero ohmi

Fig.4

Fig.3

mA 680Ω mA

V

ELECTRONICĂ Pag. 4 / 6

IL (mA) 2 3 5 10 15 20 25UL (V) 9,7 9,7 9,7 9,7 7,8 4 0I (mA) 11 11 11 11 13 17 21

Se înlocuieşte RL cu R=1kΩ Se variază tensiunea de alimentare a circuitului (U1), citindu-se valorile corespunzătoare ale

tensiunii UL, valori cu care se completează tabelul următor

U1 (V) 12 15 18 20 22 24UL (V) 6,4 7,6 9,2 9,4 9,45 9,5

Utilizând primele două tabele se trasează pe acelaşi grafic caracteristicile directe si inverse al diodei Zener.

ELECTRONICĂ Pag. 5 / 6

ELECTRONICĂ Pag. 6 / 6