Z-dióda

A z-dióda (ismert még Zéner-dióda néven is) egy speciális, szilícium alapanyagú dióda, amely feszültségstabilizálásra használatos. Működése nyitóirányban megegyezik a szilícium félvezető diódákéval, azonban záróirányban eltér. Az eltérő viselkedést a p-n átmenet erőteljes szennyezésével^[1] érik el.

Bővebben: Zener-effektus

Z-diódákat használnak feszültség állandó értéken tartására (feszültségstabilizálás, referencia-feszültség előállítása), bemeneti szintek határolására (vágás, túlfeszültség védelem) illetve feszültségszint eltolására. Z-diódákat tartalmaznak az elektronikus áramkörök tápegységei, továbbá a televízió készülékek, nyomtatók.

Története

Működési elve

A z-diódáknál a p-n átmenet azon tulajdonságát használják ki, hogy a zárófeszültség állandó a kivezetések között, ha a letörési tartományban működik. Felépítését tekintve egy különlegesen szennyezett szilíciumdióda, amely károsodás nélkül üzemeltethető a letörési tartományban. Nyitóirányban a hagyományos szilíciumdiódáknak megfelelő a működése. Záróirányban a p-n átmenet szennyezésétől függően U_ZK Zener-feszültségig nagy ellenállást, majd a Zener-feszültség elérése után kis ellenállást képvisel. A szennyezés mértéke azért nagyobb, mert a letörési feszültségszintet csökkenteni kell, mivel a kisértékű differenciális ellenállás csak így érhető el.

A karakterisztikájában négy fő tartomány különböztethető meg:
I. Nyitó tartomány: karakterisztikája a hagyományos szilícium diódáéval megegyezik.
II. Zárótartomány: kis zárási áram folyik, a dióda ellenállása nagy.
III. Könyöktartomány: itt kezdődik meg a letörési jelenség. A z-dióda könyöktartománya az adott diódára jellemző feszültségszinten kezdődik, ami viszont az adalékolás mértékével állítható be.
IV. Letörési tartomány: kis feszültségváltozás nagy áramváltozást eredményez, ezek határozzák meg az r_z differenciális ellenállását a diódának. $r_{z}={{\mathcal {4}}U_{Z} \over {\mathcal {4}}I_{Z}}$ A maximális áram I_Zmax lehet, amelyet tartósan túllépve a dióda hőhalált hal. Az áramhatárolást egy soros áramkorlátozó ellenállással lehet megoldani. A z-diódák tulajdonságai erősen hőmérsékletfüggőek. A z-diódákra kapcsolt záróirányú feszültségszint csökkenése esetén a z-dióda árama is csökken.

Alkalmazási terület

A Zener-diódákat az elektronikában főként feszültségstabilizálásra, feszültséghatárolásra használják és csak ritkábban feszültségszint eltolására. Nagyobb áram elérésére párhuzamos kapcsolás nem lehetséges, mert ez tökéletesen egyező karakterisztikát igényelne a két diódától, ami a gyakorlatban nem létezik, ezért ezt különféle áramkörökkel oldják meg.

Kialakítás

Az általános célú, kisebb teljesítményre készült Z-diódák üveg tokozásúak,^[2] (ritkábban műanyagházban) míg a közepes és nagyobb teljesítményre készült z-diódák fémházasak, esetenként csavaros rögzítéssel. A csavar a hűtőfelülethez való rögzítésre szolgál. A felületszerelt áramkörökbe készült z-diódák többnyire műanyag tokozással^[3] készülnek. A szokásos Zéner-feszültségek 1.8 V–1kV, teljesítmények 0.1W–5W^[4]

Néhány zener dióda paraméterei^[5]

Type	Nominal Zener voltage(3) at IZT VZ V	Test current IZT mA	Maximum Zener impedance(1)			Maximum reverse leakage current		Surge current at TA = 25°C IR mA	Maximum regulator current(2) IZM mA
Type	Nominal Zener voltage(3) at IZT VZ V	Test current IZT mA	ZZT at IZT Ω	ZZK Ω	at IZK mA	IR µA	at VR V	Surge current at TA = 25°C IR mA	Maximum regulator current(2) IZM mA
1N4728	3,3	76	10	400	1,00	100	1,00	1380	276
1N4729	3,6	69	10	400	1,00	100	1,00	1260	252
1N4730	3,9	64	9	400	1,00	50	1,00	1190	234
1N4731	4,3	58	9	400	1,00	10	1,00	1070	217
1N4732	4,7	53	8	500	1,00	10	1,00	970	193
1N4733	5,1	49	7	550	1,00	10	1,00	890	178
1N4734	5,6	45	5	600	1,00	10	2,00	810	162
1N4735	6,2	41	2	700	1,00	10	3,00	730	146
1N4736	6,8	37	3,5	700	1,00	10	4,00	660	133
1N4737	7,5	34	4	700	0,50	10	5,00	605	121
1N4738	8,2	31	4,5	700	0,50	10	6,00	550	110
1N4739	9,1	28	5	700	0,50	10	7,00	500	100
1N4740	10	25	7	700	0,25	10	7,6	454	91
1N4741	11	23	8	700	0,25	5	8,4	414	83
1N4742	12	21	9	700	0,25	5	9,1	380	76
1N4743	13	19	10	700	0,25	5	9,9	344	69
1N4744	15	17	14	700	0,25	5	11,4	304	61
1N4745	16	16	16	700	0,25	5	12,2	285	57
1N4746	18	14	20	750	0,25	5	13,70	250	50
1N4747	20	12,5	22	750	0,25	5	15,20	225	45
1N4748	22	11,5	23	750	0,25	5	16,70	205	41
1N4749	24	10,5	25	750	0,25	5	18,20	190	38
1N4750	27	9,5	35	750	0,25	5	20,60	170	34
1N4751	30	8,5	40	1000	0,25	5	22,80	150	30
1N4752	33	7,5	45	1000	0,25	5	25,10	135	27
1N4753	36	7	50	1000	0,25	5	27,40	125	25
1N4754	39	6,5	60	1000	0,25	5	29,70	115	23
1N4755	43	6	70	1500	0,25	5	32,70	110	22
1N4756	47	5,5	80	1500	0,25	5	35,80	95	19
1N4757	51	5	95	1500	0,25	5	38,80	90	18
1N4758	56	4,5	110	2000	0,25	5	42,60	80	16
1N4759	62	4	125	2000	0,25	5	47,10	70	14
1N4760	68	3,7	150	2000	0,25	5	51,70	65	13
1N4761	75	3,3	175	2000	0,25	5	56,00	60	12
1N4762	82	3	200	3000	0,25	5	62,20	55	11
1N4763	91	2,8	250	3000	0,25	5	69,20	50	10
1N4764	100	2,5	350	3000	0,25	5	76,00	45	9

Források

Jegyzetek

↑ töltéshordozó-koncentráció növelés
↑ http://www.datasheetcatalog.com/info_redirect/datasheets/120/371982_DS.pdf.shtml Silicon Planar Zener Diodes
↑ https://www.nexperia.com/products/diodes/general-purpose-zener-diodes/ felületszerelt z-diódák
↑ Archivált másolat. [2015. április 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2015. április 11.)
↑ 1N4739 Datasheet. www.futurlec.com. (Hozzáférés: 2024. november 5.)

Kapcsolódó szócikkek

További információk

[1] töltéshordozó-koncentráció növelés

[2] ttp://www.datasheetcatalog.com/info_redirect/datasheets/120/371982_DS.pdf.shtml Silicon Planar Zener Diodes

[3] ttps://www.nexperia.com/products/diodes/general-purpose-zener-diodes/ felületszerelt z-diódák

[4] Archivált másolat. [2015. április 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2015. április 11.)

[5] 1N4739 Datasheet. www.futurlec.com. (Hozzáférés: 2024. november 5.)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]