Fatti interessanti sui diodi Z

Di solito, i diodi consentono il flusso di corrente solo nella direzione del flusso e si bloccano nella direzione opposta, per esempio come diodo raddrizzatore, per garantire il flusso di corrente solo in una direzione. Come tipo speciale di diodi, invece, il diodo Zener serve principalmente a stabilizzare le tensioni. Può essere utilizzato anche per limitare le tensioni in un circuito di corrente. Scoprite in questo articolo come funziona esattamente il diodo Zener, quali vantaggi e svantaggi offre e in quali settori può essere utilizzato. Inoltre, quando si acquista, ci sono alcune cose a cui è necessario prestare attenzione per poter scegliere il diodo giusto per le vostre esigenze.

• Come funzionano i diodi Zener?

• Quali sono i vantaggi e gli svantaggi dei diodi Z?

• Quanto sono dipendenti dalla temperatura i diodi Z?

• A cosa servono i diodi Zener?

• Circuito di stabilizzazione con diodo Zener

• Stabilizzazione di tensione con diodo Z e transistor (circuito di collettore)

• Che cosa è importante quando si acquista un diodo Zener?

 

Come funzionano i diodi Zener?

Mentre il diodo Z viene azionato in direzione inversa, esso opera in avanti come un normale diodo. Nei diodi Z si parla di cosiddetti effetti Zener o valanghe, che causano un aumento della corrente in modo bruscamente crescente non appena viene raggiunta una determinata tensione di sbarramento.

Entrambi gli effetti si verificano a tensioni diverse. In questo modo, con una tensione di blocco inferiore a 5 volt si parla dell'effetto Zener. Si verifica quando l'intensità del campo elettrico nello strato di sbarramento è sufficiente per rompere i collegamenti a coppia di elettroni. Gli elettroni vengono sciolti dalla loro rete a griglia e aumentano così la conduttività elettrica, così come la corrente di sbarramento o anche la corrente Zener.

Da una tensione superiore a 5 volt, l'effetto zener e l'effetto valanga si verificano contemporaneamente, per cui l'effetto valanga assicura che lo strato barriera incorporato sia riempito con i portatori di carica rilasciati. A partire da una tensione di blocco superiore a circa 6,5 volt si verifica solo l'effetto valanga. Durante questo processo, la tensione sale ad un livello tale che i portatori di carica vengono accelerati a tal punto che altri portatori di carica vengono rilasciati da altri atomi reticolari.

La sequenza si ripete e potenzia il numero di portatori di carica rilasciati, il che porta ad un'improvvisa conducibilità dello strato di barriera. Il nome dell'effetto valanga deriva quindi dall'improvviso "rotolamento" dello strato di sbarramento con portanti di carico libere. I diodi che si risolvono solo con questo effetto al di sopra della tensione di rottura sono chiamati diodi Avalanche. Non appena la tensione scende di nuovo al di sotto del valore di tensione di rottura, lo strato di sbarramento viene ripristinato immediatamente, in modo che sia possibile solo un flusso di corrente molto ridotto nella direzione di blocco.

Esistono diversi tipi di diodi che funzionano con diverse tensioni di blocco. Questi possono essere caratterizzati come segue:

Tipo di diodo	UZ in volt a IZ = 5 mA	rZ in Ohm IZ = 5 mA	αZ· 10− 4/K 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

 

Quali sono i vantaggi e gli svantaggi dei diodi Z?

I diodi Zener sono ideali per la stabilizzazione della tensione, in quanto sono relativamente economici e semplici nell'applicazione pratica. Pertanto, nonostante il flusso di corrente variabile, è possibile mantenere costante la tensione per proteggere i componenti sensibili dalle variazioni di tensione. Tuttavia, a seconda del campo di applicazione, si possono presentare diversi inconvenienti che devono essere presi in considerazione.

Se si lavora con i segnali, può accadere che il diodo Zener possa distorcere i segnali a causa della non linearità del componente. Eventuali distorsioni possono verificarsi sia nella direzione di flusso che nella direzione di blocco.

La nostra buona pratica

I diodi Z sono adatti solo per circuiti con assorbimento di corrente basso e relativamente costante. Per grandi oscillazioni di corrente e flussi di corrente, i regolatori di tensione sono più adatti.

 

Quanto sono dipendenti dalla temperatura i diodi Z?

I diodi Z non si riscaldano durante il normale funzionamento. Tuttavia, se si verifica un forte carico, può verificarsi un elevato sviluppo di temperatura. In caso di carico superiore alla massima potenza dissipata consentita, si verifica, tra l'altro, un forte riscaldamento che causa un affaticamento molto rapido del materiale, che può portare alla distruzione del componente. Soprattutto per le applicazioni che richiedono una tensione precisa, la dipendenza dalla temperatura è uno svantaggio. La dipendenza dalla temperatura di un diodo Zener è indicata dal coefficiente di temperatura.

La nostra buona pratica

Quando si commutano in serie diodi Z con coefficiente di temperatura positivo e negativo, i coefficienti di temperatura si elevano in modo ottimale riducendo così al minimo la dipendenza dalla temperatura.  

 

A cosa servono i diodi Zener?

I diodi Zener per la stabilizzazione della tensione si rivelano particolarmente utili soprattutto per i circuiti a basso flusso di corrente. Questo può essere utilizzato, ad esempio, con gli alimentatori, in quanto stabilizza la tensione continua e riduce al minimo la ondulazione residua.

Circuito di stabilizzazione con diodo Zener

Stabilizzazione di tensione con diodo Z e transistor (circuito di collettore)

Possono essere utili anche per la limitazione della tensione e per la protezione da sovraccarico. Gli strumenti di misura possono essere protetti da diodi Z, in quanto limitano la tensione a pieno impatto nel misuratore. In questo modo la corrente nel misuratore non aumenta ulteriormente ed è protetta dal sovraccarico. Se si desidera utilizzare i diodi Zener come barriera di sicurezza nella protezione antiesplosione, si parla di una barriera Zener. Impedisce l'ingresso di energia eccessiva in un'area altamente infiammabile.

Inoltre, i diodi Z sono spesso utilizzati per rappresentare le interferenze, ad esempio per descrivere le interferenze in un canale di trasmissione. Queste interferenze sono chiamate rumore bianco e possono essere ben generate dall'effetto valanga dei diodi Zener. Maggiore è il flusso di corrente, maggiore è anche l'effetto rumore. Il rumore prodotto dai movimenti dei portatori di carica all'interno del diodo viene chiamato anche rumore di scotimento e viene ulteriormente amplificato dall'effetto valanga descritto in precedenza nei diodi Z.

 

Che cosa è importante quando si acquista un diodo Zener?

Quando si acquista un diodo Zener, troverete sempre in Conrad descrizioni dettagliate del prodotto e informazioni sui dati tecnici del diodo. Naturalmente, è fondamentale per quale scopo si desidera utilizzare il diodo Zener. Tuttavia, è sempre necessario assicurarsi di non superare mai la massima potenza dissipata consentita. Questo viene indicato come P(TOT) per i dati tecnici del diodo. In caso contrario, il diodo può essere distrutto molto rapidamente.

Inoltre, prestare attenzione alla tensione di bloccaggio specificata e alla relativa tolleranza. Questo è presente come filtro di tensione (UZ) nei dati tecnici e vi fornisce informazioni sulla tensione con cui il diodo Zener. Dalla tensione di blocco specificata e dalla sua tolleranza si ottengono la tensione di blocco massima consentita e la tensione di blocco minima necessaria per il corretto funzionamento del diodo.

Inoltre, sono importanti i diversi tipi di alloggiamento, adattati a determinate possibilità di utilizzo. In questo modo possono essere utilizzati per il montaggio a foro passante o per il montaggio superficiale, a seconda della struttura. Il tipo di alloggiamento specifico si trova nel titolo dell'articolo e nella descrizione del prodotto. Gli alloggiamenti possono essere in metallo, vetro o plastica e sono diversi a seconda del produttore.

Tuttavia, è sempre necessario assicurarsi di non superare mai la massima potenza dissipata consentita. Questo viene indicato come P(TOT) per i dati tecnici del diodo. In caso contrario, il diodo può essere distrutto molto rapidamente.

A seconda dell'applicazione del diodo Zener, si ottengono molti altri requisiti e parametri da rispettare. Questi sono disponibili anche nei dati tecnici o nella categoria "documenti e download", in cui è disponibile un'ampia scheda prodotto per ogni diodo. Qui è possibile visualizzare tutti i dettagli e le metriche del rispettivo diodo.

La nostra buona pratica

L'alloggiamento con radiatore in metallo integrato consente una migliore dissipazione del calore. In questo modo aumenta la massima potenza dissipata consentita, cioè P(TOT) minima.