Zenerdiodes
Deze tekst is automatisch vertaald.
Wetenswaardigheden over Z-diodes
Gewoonlijk kunnen dioden de stroom slechts in doorstroomrichting te en blokkeren in de omgekeerde richting om bijvoorbeeld als gelijkrichterdiode de stroom slechts in één richting te garanderen. Als speciale soort dioden dient de Z-diode daarentegen hoofdzakelijk voor stabilisatie van spanningen. Hij kan echter ook worden gebruikt om spanningen in een stroomkring te begrenzen. Hoe precies de Z-diode werkt, wat voor- en nadelen u biedt en in welke sectoren u kan worden gebruikt, gaat het in dit handboek. Verder zijn er bij de aanschaf een aantal dingen waar u op moet letten om de juiste diode voor uw behoeften te kunnen selecteren.
-
Hoe werken Z-diodes?
-
Wat zijn de voor- en nadelen hebben Z-diodes?
-
Zoals temperatuur afhankelijk zijn Z-diodes?
-
Waarvoor gebruikt Z-diodes geplaatst?
-
Stabilisatieschakeling met een Z-diode
-
Spanningstabilisatie van Z-diode, en transistor (commutator schakeling)
-
Waar komt het bij de aanschaf van Z-diodes op?
Hoe werken Z-diodes?
Terwijl de Z-diode in sperrichting wordt gebruikt, werkt u in doorlaatrichting zoals een gewone diode. U spreekt bij Z-diodes van zogenaamde zener- of lawinen-effekten, die ertoe leiden dat de stroom plotseling toeneemt, zodra een bepaalde blokkeerspanning wordt bereikt.
Beide effecten treden bij verschillende spanningen. Zo spreekt men bij een blokkeerspanning van minder dan 5 volt uit de zener-effect. Hij treedt op wanneer de elektrische veldsterkte in de vergrendelde laag groot genoeg is om de elektron paar bindingen te breken. De elektronen worden daarbij uit uw rooster verband losgemaakt en verhogen de elektrische geleidbaarheid, evenals de blokkeerstroom of ook zener-stroom genoemd.
Vanaf een spanning van meer dan 5 volt treden zener-effect en lawinen-effekt tegelijkertijd op, waarbij de lawinen-effekt ervoor zorgt dat de ingebouwde blokkeerfunctie waslaag met de lucht helpt ladingen wordt bezet. Vanaf een blokkeerspanning van meer dan ongeveer 6,5 volt treedt alleen nog de lawinen-effekt. Daarbij stijgt de spanning op een niveau waarbij de ladingen zo zeer worden versneld, dat de overige ladingdragers uit andere gitteratomen vrijkomen.
De volgorde herhaalt zich en de adjuvans aantal afgegeven ladingen, WAS voor plotselinge geleidingsvermogen de sperstroom laag leidt. De naam van de lawinen-effektes is afkomstig uit de plotselinge "over wielen" de sperstroom waslaag met afgegeven ladingen. Dioden, die uitsluitend door dit effect boven de doorslagspanning oplossen, Avalanche-Dioden worden genoemd. Als de spanning weer onder de doorslagspanning waarde daalt, wordt de blokkerende laag direct hersteld, zodat slechts een zeer geringe stroom in sperrichting mogelijk is.
Er zijn verschillende diodetypes, die met verschillende blokkeerfunctie spanningen gebruikt worden. Deze kunnen als volgt karakteriseren:
| Diodetype | UZ in Voltbei IZ = 5 mA | RZ in Ohmbei IZ = 5 mA | αZ· 10− 4/Kbei IZ = 5 mA |
|---|---|---|---|
| ZPD 2,7 | 2,4 3,1 | 70 | 9 −5 |
| ZPD 4,7 | 4,1 5,2 | 60 | − 6 0 |
| ZPD 6,8 | 6,1 7,5 | 4 | −1 +4 |
| ZPD 8,2 | 7,3 9,2 | 4 | +2 ... +7 |
| ZPD 12 | 10.7 13,4 | 15 | +6 ... +9 |
| ZPD 15 | 13,0 ... 16,5 | 20 | +7 ... +9 |
Wat zijn de voor- en nadelen hebben Z-diodes?
Z-diodes zijn uitstekend geschikt voor spanningstabilisatie, omdat u relatief goedkoop en simpel in de praktische toepassing zijn. U kunt dus ondanks variabele stroom kan de spanning constant houden om zo gevoelige componenten tegen spanningsschommelingen te beschermen. Toch ontstaan afhankelijk van toepassingsgebied verschillende onderdelen die waarmee rekening dient te worden gehouden.
Indien u met signalen werken, kan het gebeuren dat de Z-diode door de niet-lineariteit van het orgaan verzerrend op signalen werkt. Eventuele vervormingen kunnen zowel in doorstroomrichting als in sperrichting optreden.
Onze praktijktip
Z-diodes zijn alleen geschikt voor schakelingen met geringe en relatief constant stroomverbruik. Voor grotere stroomschommelingen en de stroming zijn spanningsregelaar beter geschikt.
Zoals temperatuur afhankelijk zijn Z-diodes?
Z-diodes worden warm tijdens normaal bedrijf nauwelijks. Als er echter een sterke belasting komen, kan een zeer hoge temperatuurontwikkeling ontstaan. Bij een belasting boven het maximaal toelaatbare vermogensverlies komt het onder andere door de sterke verhitting te een zeer snelle metaalmoeheid, WAS het onderdeel stuk kan leiden. Vooral bij toepassingen die een nauwkeurige spanning nodig hebben, is de temperatuurafhankelijkheid van nadeel. De temperatuurafhankelijkheid van een Z-diode wordt door de temperatuurcoëfficiënt aangegeven.
Onze praktijktip
Als u Z-diodes met positieve en negatieve temperatuurcoëfficiënten in serie schakelen, dan heffen de temperatuurcoëfficiënt optimaal keuze op en verlagen zo de temperatuurafhankelijkheid tot een minimum.
Waarvoor gebruikt Z-diodes geplaatst?
Vooral bij schakelingen met lage stroomsterkte blijken ware Z-diodes voor spanningstabilisatie als bijzonder handig. Dit kan bijvoorbeeld bij apparaten worden gebruikt, omdat u de gelijkspanning gestabiliseerd en daardoor de restrimpel geminimaliseerd.
Stabilisatieschakeling met een Z-diode
Spanningstabilisatie van Z-diode, en transistor (commutator schakeling)
Handig kunt u maar ook bij de spanningsbegrenzing, en bij het overbelastingsbeveiliging zijn. Daarbij kunnen meetinstrumenten door Z-diodes worden beschermd, want u beperkt de spanning bij volledige uitslag van het meetapparaat. Hierdoor stijgt de stroom in het meetapparaat niet verder aan en het is tegen overbelasting. Als u Z-dioden als veiligheidsbarrière in explosiebeveiliging willen gebruiken, dan spreekt men in de regel van een zener barrière. Ze voorkomt het binnendringen van ontoelaatbaar hoge energie in een zeer ontvlambare gebied.
Bovendien worden Z-diodes vaak gebruikt om storingen te tonen die bijvoorbeeld dienen storingen in één transmissiekanaal te beschrijven. Deze storingen worden witte ruis genoemd en kunnen door de lawinen-effekt van de Z-dioden goed worden gegenereerd. Hoe sterker daarbij de stroom is, des te groter het effect ruis. Het door de bewegingen van ladingen binnen de diode opgewekte ruis wordt ook schrotrauschen genoemd en wordt door de hierboven beschreven lawinen-effekt in de Z-diodes nog versterkt.
Waar komt het bij de aanschaf van Z-diodes op?
Bij de aanschaf van Z-diodes vindt u bij ons steeds meer productinformatie en beschrijvingen en informatie over de specificaties van de diode. Natuurlijk heeft er in principe op aan, voor welk doel u uw Z-diode willen gebruiken. Toch moet u er altijd op letten dat u het maximaal toegestane vermogensverlies nooit overschrijden. Deze wordt bij de technische gegevens van de diode als P(TOT) aangegeven. Anders kan de diode zeer snel beschadigd raken.
Daarnaast dient u op de aangegeven blokkeerspanning en uw tolerantie letten. Deze is als bijv. spg. (Uz) in de technische gegevens te vinden en geeft aan met welke spanning de Z-diode kan worden gebruikt. Uit de aangegeven blokkeerspanning en uw tolerantie gelden de maximaal toegestane blokkeerspanning, en de minimum benodigde blokkeerspanning om de diode juist in werking te kunnen stellen.
Verder belangrijk zijn de verschillende soorten behuizingen die op bepaalde toepassingsmogelijkheden zijn afgestemd. Zo kunt u afhankelijk van de constructie voor doorsteekmontage of voor oppervlaktemontage worden gebruikt. De betreffende behuizingssoort vindt u de titel van het artikel en in de productomschrijving. De behuizing kunt van metaal, glas of kunststof bestaan en verschillen afhankelijk van de fabrikant.
Toch moet u er altijd op letten dat u het maximaal toegestane vermogensverlies nooit overschrijden. Deze wordt bij de technische gegevens van de diode als P(TOT) aangegeven. Anders kan de diode zeer snel beschadigd raken.
Afhankelijk van de toepassing van de Z-diode ontstaan nog vele andere vereisten en cijfers die in acht worden genomen geldt. Deze vindt u tevens in de technische specificaties of in de categorie "Documenten & Downloads", in die op elk diode een uitgebreid product vel ter beschikking staat. Hier kunt u alle details en indicatoren van de betreffende diode bekijken.
Onze praktijktip
Behuizing met geïntegreerde metalen koelers maken een duidelijk betere warmteafvoer. Hierdoor wordt de maximaal toegestane vermogensverlies, dus P(TOT) minimaal.