Diodo zener stabilizzatore
Diodo zener
Tuttavia, il diodo Zener o “diodo di breakdown”, come a volte ci si riferisce a loro, sono fondamentalmente gli stessi del diodo standard a giunzione PN, ma sono appositamente progettati per avere una bassa e specifica tensione di breakdown inversa che sfrutta qualsiasi tensione inversa applicata ad esso.
Il diodo Zener si comporta proprio come un normale diodo di uso generale costituito da una giunzione PN al silicio e quando è polarizzato in direzione avanti, cioè anodo positivo rispetto al suo catodo, si comporta proprio come un normale diodo di segnale che passa la corrente nominale.
Tuttavia, a differenza di un diodo convenzionale che blocca qualsiasi flusso di corrente attraverso se stesso quando è polarizzato al contrario, cioè il catodo diventa più positivo dell’anodo, non appena la tensione inversa raggiunge un valore predeterminato, il diodo zener inizia a condurre nella direzione inversa.
Questo perché quando la tensione inversa applicata attraverso il diodo zener supera la tensione nominale del dispositivo, si verifica un processo chiamato Avalanche Breakdown nello strato di deplezione del semiconduttore e una corrente inizia a fluire attraverso il diodo per limitare questo aumento di tensione.
Caratteristiche del diodo zener
Quando la tensione di polarizzazione inversa su un normale diodo a cristallo viene aumentata, si raggiunge un punto noto come punto di ginocchio ad una tensione nota come tensione di breakdown, quando la corrente inversa aumenta bruscamente ad un valore elevato. Questa tensione di rottura è anche conosciuta come tensione di Zener e il forte aumento della corrente è noto come corrente di Zener.
La tensione di rottura di un diodo dipende dalla quantità di drogaggio. In un diodo pesantemente drogato, lo strato di deplezione è sottile, quindi la rottura della giunzione avviene ad una tensione di polarizzazione inversa più bassa. D’altra parte, un diodo leggermente drogato ha una tensione di rottura più alta. Quando un diodo a cristallo ordinario è adeguatamente drogato in modo da avere una tensione di rottura netta, è noto come diodo zener. La figura (1) mostra il simbolo di un diodo zener.
Un diodo zener è sempre usato in stato di polarizzazione inversa. Ha una tensione di ripartizione netta nota come tensione Zener VZ. Quando è polarizzato in avanti, si comporta proprio come un normale diodo a cristallo. La Fig(2) mostra le caratteristiche di un diodo zener.
Circuito a diodo zener
Un diodo Zener è un dispositivo a semiconduttore al silicio che permette alla corrente di fluire sia in una direzione in avanti che inversa. Il diodo consiste in una speciale giunzione p-n pesantemente drogata, progettata per condurre nella direzione inversa quando viene raggiunta una certa tensione specifica.
Il diodo Zener ha una tensione di rottura inversa ben definita, alla quale inizia a condurre la corrente, e continua a funzionare continuamente nella modalità a bias inversa senza danneggiarsi. Inoltre, la caduta di tensione attraverso il diodo rimane costante su un’ampia gamma di tensioni, una caratteristica che rende i diodi Zener adatti all’uso nella regolazione della tensione.
Il diodo Zener funziona proprio come un diodo normale quando è in modalità forward-bias, e ha una tensione di accensione compresa tra 0,3 e 0,7 V. Tuttavia, quando è collegato in modalità inversa, che è usuale nella maggior parte delle sue applicazioni, una piccola corrente di dispersione può fluire. Quando la tensione inversa aumenta fino alla tensione di rottura predeterminata (Vz), una corrente inizia a scorrere attraverso il diodo. La corrente aumenta fino a un massimo, che è determinato dalla resistenza in serie, dopo di che si stabilizza e rimane costante in un’ampia gamma di tensione applicata.
Formula del diodo zener
Un diodo Zener può essere usato come regolatore o stabilizzatore di tensione D. C. per fornire una tensione costante da una fonte la cui tensione varia su un ampio intervallo. Ciò è dovuto alle caratteristiche del diodo zener, cioè, se un diodo zener viene fatto funzionare nella tensione di breakdown, la tensione attraverso di esso rimane costante.
La disposizione del circuito è mostrata in fig. Il diodo zener del regolatore di tensione zener è polarizzato. È collegato in parallelo a un carico (RL) attraverso il quale è richiesta una tensione costante. RS è una resistenza in serie per assorbire le fluttuazioni della tensione di uscita.
La tensione continua non regolata (Vi) è applicata attraverso il diodo zener in polarizzazione inversa e una resistenza in serie (RS). La resistenza di carico (RL) è collegata in parallelo al diodo zener in polarizzazione inversa e la tensione continua regolata (Vo) si ottiene attraverso la resistenza di carico.
Se la tensione d’ingresso (Vi) aumenta, allora la corrente attraverso (RS) e di conseguenza, la corrente (Iz) attraverso il diodo zener aumenta. Questo aumenta la caduta di tensione attraverso (RS) ma non c’è nessun cambiamento nella tensione attraverso il diodo zener. Ciò è dovuto al fatto che nella regione di breakdown, anche se la corrente attraverso il diodo zener cambia, la caduta di tensione attraverso il diodo zener rimane invariata a (VZ). Così, la tensione di uscita attraverso la resistenza di carico rimane costante a Vo = Vz.
