Les 3 meilleures applications impliquées dans la fonctionnalité de travail de la diode Zener

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Les diodes Zener sont des diodes à jonction PN normales fonctionnant en polarisation inverse. Le fonctionnement de la diode Zener est similaire à une diode à jonction PN en condition de polarisation directe, mais l'unicité réside dans le fait qu'elle peut également conduire lorsqu'elle est connectée en polarisation inverse au-dessus de sa tension de seuil / claquage. Ce sont parmi les types de base de diodes utilisé fréquemment, en dehors des diodes normales.

Diode Zener fonctionnant

Diode Zener fonctionnant



Diode semi-conductrice en condition de polarisation inverse

Si vous vous souvenez bien, une simple diode à jonction PN est formée par une combinaison de matériau semi-conducteur de type p avec un matériau semi-conducteur de type n. Lorsqu'un côté d'un cristal semi-conducteur est dopé avec des impuretés donneuses et l'autre côté avec des impuretés accepteurs, une jonction PN est formée.


Diode semi-conductrice impartiale

Dans des conditions normales, les trous du côté p ont tendance à se diffuser vers une région à faible concentration et la même chose se produit pour les électrons du côté n.



Ainsi, les trous diffusent vers le côté n et les électrons diffusent vers le côté p. Cela se traduit par l'accumulation de charges autour de la jonction, formant une région d'appauvrissement.

Diode semi-conductrice impartiale

Diode semi-conductrice impartiale

Une polarité électrique ou un dipôle électrique est formé à travers la jonction, provoquant le flux de flux depuis le côté supérieur n. Cela entraîne une variation de l'intensité du champ électrique négatif, générant un potentiel électrique à travers la jonction. Ce potentiel électrique est en fait la tension de seuil de la diode et est d'environ 0,6 V pour le silicium et 0,2 V pour le germanium. Cela agit comme une barrière potentielle pour le flux des porteurs de charge majoritaires et l'appareil ne conduit pas.

Maintenant, lorsqu'une diode normale est polarisée de telle sorte qu'une tension négative est appliquée sur le côté n et une tension positive sur le côté p, la diode est dite en état de polarisation directe. Cette tension appliquée tend à diminuer la barrière de potentiel après avoir dépassé la tension de seuil.


À ce stade et par la suite, les porteurs majoritaires traversent la barrière de potentiel et l'appareil commence à conduire avec le flux de courant à travers lui.

Lorsque la diode est polarisée dans un état inverse à ci-dessus, la tension appliquée est telle qu'elle ajoute à la barrière de potentiel et gêne le flux des porteurs majoritaires. Cependant, il permet la circulation de porteurs minoritaires (trous de type n et électrons de type p). Lorsque cette tension de polarisation inverse augmente, le courant inverse a tendance à augmenter progressivement.

A un certain point, cette tension est telle qu'elle provoque le claquage de la région d'appauvrissement, provoquant une augmentation massive du flux de courant. C'est là que le fonctionnement de la diode Zener entre en jeu.

Le principe du fonctionnement de la diode Zener

Comme indiqué ci-dessus, le principe de base du fonctionnement d'une diode Zener réside dans la cause de la panne d'une diode en polarisation inverse. Normalement, il existe deux types de pannes: Zener et Avalanche.

Principe du fonctionnement de la diode Zener

Principe du fonctionnement de la diode Zener

Répartition de Zener

Ce type de claquage se produit pour une tension de polarisation inverse entre 2 et 8V. Même à cette basse tension, l'intensité du champ électrique est suffisamment forte pour exercer une force sur les électrons de valence de l'atome de telle sorte qu'ils sont séparés des noyaux. Cela se traduit par la formation de paires mobiles électron-trou, augmentant le flux de courant à travers l'appareil. La valeur approximative de ce champ est d'environ 2 * 10 ^ 7 V / m.

Ce type de panne se produit normalement pour une diode fortement dopée avec une faible tension de claquage et un champ électrique plus important. Lorsque la température augmente, les électrons de valence gagnent plus d'énergie pour se rompre à partir de la liaison covalente et moins de tension externe est nécessaire. Ainsi, la tension de claquage Zener diminue avec la température.

Panne d'avalanche

Ce type de claquage se produit à la tension de polarisation inverse supérieure à 8V et plus. Cela se produit pour des diodes légèrement dopées avec une tension de claquage importante. Lorsque les porteurs de charge minoritaires (électrons) circulent à travers le dispositif, ils ont tendance à entrer en collision avec les électrons de la liaison covalente et à provoquer la rupture de la liaison covalente. Lorsque la tension augmente, l'énergie cinétique (vitesse) des électrons augmente également et les liaisons covalentes sont plus facilement perturbées, provoquant une augmentation des paires électron-trou. La tension de claquage en avalanche augmente avec la température.

3 applications de diode Zener

1. Diode Zener en tant que tension

Dans un circuit CC, la diode Zener peut être utilisée comme régulateur de tension ou pour fournir une référence de tension. L'utilisation principale de la diode Zener réside dans le fait que la tension aux bornes d'une diode Zener reste constante pour un changement de courant plus important. Cela permet d'utiliser une diode Zener comme dispositif à tension constante ou comme régulateur de tension.

Dans tous circuit d'alimentation , un régulateur est utilisé pour fournir une tension de sortie (charge) constante indépendamment de la variation de la tension d'entrée ou de la variation du courant de charge. La variation de la tension d'entrée est appelée régulation de ligne, tandis que la variation du courant de charge est appelée régulation de charge.

Diode Zener comme régulateur de tension

Diode Zener comme régulateur de tension

Un circuit simple impliquant une diode Zener comme régulateur nécessite une résistance de faible valeur connectée en série avec la source de tension d'entrée. La valeur faible est requise pour permettre le flux maximal de courant à travers la diode, connectée en parallèle. Cependant, la seule contrainte étant que le courant traversant la diode Zener ne doit pas être inférieur au courant minimum de la diode Zener. En termes simples, pour une tension d'entrée minimale et un courant de charge maximal, le courant de la diode Zener doit toujours être Izmin.

Lors de la conception d'un régulateur de tension utilisant une diode Zener, ce dernier est choisi en fonction de sa puissance nominale maximale. En d'autres termes, le courant maximal à travers l'appareil doit être: -

jemax= Tension d'alimentation / Zener

La tension d'entrée et la tension de sortie requise étant connues, il est plus facile de choisir une diode Zener avec une tension approximativement égale à la tension de charge, c'est-à-dire Vz ~ = Vou.

La valeur de la résistance série est choisie pour être

R = (Vdans- Vavec)/(JEzmin+ JeL), Où jeL= Tension de charge / Résistance de charge.

Notez que pour des tensions de charge jusqu'à 8V, une seule diode Zener peut être utilisée. Cependant, pour des tensions de charge supérieures à 8V, nécessitant des tensions Zener de valeur de tension plus élevée, il est conseillé d'utiliser une diode polarisée en direct en série avec la diode Zener. En effet, la diode Zener à une tension plus élevée suit le principe du claquage en avalanche, ayant une température positive du coefficient.

Par conséquent, une diode à coefficient de température négatif est utilisée pour la compensation. Bien entendu, de nos jours, des diodes Zener à compensation de température pratiques sont utilisées.

2. Diode Zener comme référence de tension

Diode Zener comme référence de tension

Diode Zener comme référence de tension

Dans les alimentations et de nombreux autres circuits, la diode Zener trouve son application en tant que fournisseur de tension constante ou référence de tension. Les seules conditions sont que la tension d'entrée doit être supérieure à la tension Zener et que la résistance série doit avoir une valeur minimale telle que le courant maximal circule dans l'appareil.

3. Diode Zener comme pince de tension

Dans un circuit impliquant la source d'entrée CA, différente de la normale Circuit de serrage de diode PN , une diode Zener peut également être utilisée. La diode peut être utilisée pour limiter le pic de la tension de sortie à la tension Zener d'un côté et à environ 0 V d'un autre côté de la forme d'onde sinusoïdale.

diode zener comme pince de tension

diode zener comme pince de tension

Dans le circuit ci-dessus, pendant un demi-cycle positif, une fois que la tension d'entrée est telle que la diode Zener est polarisée en inverse, la tension de sortie est constante pendant un certain temps jusqu'à ce que la tension commence à diminuer.

Maintenant, pendant le demi-cycle négatif, la diode Zener est en connexion polarisée en transmission. Lorsque la tension négative augmente jusqu'à la tension de seuil de transmission, la diode commence à conduire et le côté négatif de la tension de sortie est limité à la tension de seuil.

Notez que pour obtenir une tension de sortie dans la plage positive uniquement, utilisez deux diodes Zener polarisées de manière opposée en série.

Applications fonctionnelles de la diode Zener

Avec la popularité croissante des smartphones, projets basés sur Android sont préférés ces jours-ci. Ces projets impliquent l'utilisation de Bluetooth dispositifs basés sur la technologie. Ces appareils Bluetooth nécessitent une tension d'environ 3V pour fonctionner. Dans de tels cas, une diode Zener est utilisée pour fournir une référence 3V au périphérique Bluetooth.

Application de travail de la diode Zener impliquant un périphérique Bluetooth

Application de travail de la diode Zener impliquant un périphérique Bluetooth

Une autre application implique l'utilisation de la diode Zener comme régulateur de tension. Ici, la tension alternative est redressée par la diode D1 et filtrée par le condensateur. Cette tension continue filtrée est régulée par la diode pour fournir une tension de référence constante de 15V. Cette tension continue régulée est utilisée pour piloter le circuit de commande, utilisé pour contrôler la commutation de la lumière, comme dans un système de contrôle d'éclairage automatisé.

Application de régulation de tension de diode Zener

Application de régulation de tension de diode Zener

Nous espérons avoir été en mesure de fournir des informations précises mais essentielles sur le fonctionnement des diodes Zener et ses applications. Voici une question simple pour les lecteurs - Pourquoi les circuits intégrés de régulation sont-ils principalement préférés aux diodes Zener dans l'alimentation CC régulée?

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