Diodo Zener come regolatore di tensione

Vuoi creare un sito? Trova temi e plugin gratuiti per WordPress. Per molte applicazioni, è auspicabile che un'alimentazione CC sia stabile e priva di increspature. I regolatori di tensione vengono utilizzati per garantire che l'uscita di un'alimentazione CC sia stabile e relativamente indipendente dal carico. Il dispositivo più comune impiegato negli schemi di regolazione della tensione è il diodo Zener. I diodi Zener sono progettati e destinati ad essere utilizzati quando polarizzati inversamente. Il meccanismo di base dietro l'effetto di ripartizione inversa Zener è stato descritto qui. È importante ricordare che i meccanismi alla base dello Zener e degli effetti della rottura inversa delle valanghe sono diversi. Questa differenza spiega la differenza nell'intervallo di tensioni di rottura VZ all'interno del quale domina ciascun effetto. Per i diodi Zener, VZ in genere non è maggiore di 5.6 V. Una generica caratteristica diodo iv, con tensione di offset diretta V𝛾 e tensione di rottura inversa VZ. Notare la ripida pendenza della caratteristica iv vicino a VZ, che suggerisce che quando vD ≈ -VZ la tensione del diodo cambierà molto poco per grandi cambiamenti nella corrente del diodo. È proprio questa proprietà che rende il diodo Zener un utile regolatore di tensione. Sebbene la pendenza della caratteristica iv non sia costante vicino a -VZ, per semplicità nell'introdurre i principi di base della regolazione della tensione questa pendenza sarà considerata costante in modo tale che un diodo Zener possa essere modellato con elementi lineari quando è inverso -polarizzato vicino a vD = -VZ. Come altri diodi, un diodo Zener ha tre regioni di funzionamento: quando vD ≥ Vγ, il diodo Zener è polarizzato in avanti e può essere analizzato utilizzando il modello lineare a tratti mostrato nella Figura 1. Figura 1 Modello diodo Zener per polarizzazione diretta Quando −VZ < vD < Vγ, il diodo Zener è polarizzato inversamente ma non ha raggiunto la rottura. In questa regione, può essere modellato come un circuito aperto. Per vD ≤ –VZ, il diodo Zener è polarizzato inversamente e ne è seguita una rottura. In questa regione, può essere modellato utilizzando il modello lineare a tratti mostrato in Figura 2. Figura 2 Modello diodo Zener per polarizzazione inversa L'effetto combinato di polarizzazione diretta e inversa può essere raggruppato in un unico modello con l'aiuto di diodi ideali, come mostrato nella Figura 3. Figura 3 Modello completo per diodo Zener Per illustrare il funzionamento di un diodo Zener come regolatore di tensione, si consideri il circuito di Figura 4(a), dove la sorgente CC non regolata VS è regolata al valore della tensione Zener VZ. Notare come il diodo deve essere collegato capovolto per ottenere una tensione regolata positiva. Si noti inoltre che quando vS > VZ il diodo Zener è in ripartizione inversa. (In pratica, è importante che vS rimanga maggiore di VZ.) La resistenza di sorgente RS è essenziale perché consente alla differenza di tensione vS −VZ di essere diversa da zero. Se la resistenza del diodo rZ è piccola rispetto a RS e R, il modello del diodo Zener della Figura 2 può essere approssimato come una batteria di forza VZ, come mostrato nel circuito semplificato della Figura 4 (b).   Figura 4 (a) Schema circuitale del regolatore di tensione del diodo Zener; e (b) il circuito equivalente più semplice Tre osservazioni sono sufficienti per comprendere il funzionamento di questo regolatore di tensione: 1. La tensione di carico deve essere uguale a VZ finché il diodo Zener è in modalità di rottura inversa. Allora: i=VZR(1)i=VZR(1) 2.La corrente di uscita è la differenza quasi costante tra la corrente di alimentazione non regolata iS e la corrente del diodo iZ: i=iS−iZ(2)i=iS−iZ( 2) L'eventuale corrente in eccesso rispetto a quella necessaria per mantenere il carico alla tensione costante VZ viene inviata a massa attraverso il diodo. Pertanto, il diodo Zener funge da dissipatore per qualsiasi corrente sorgente indesiderata. 3.La corrente della sorgente è: iS=vS−VZRS(3)iS=vS−VZRS(3) Ci sono alcune considerazioni che sorgono nella progettazione di un pratico regolatore di tensione. Una di queste considerazioni è la potenza nominale del diodo. La potenza PZ dissipata dal diodo è: PZ=iZVZ(4)PZ=iZVZ(4) Poiché VZ è più o meno costante, la potenza nominale stabilisce un limite superiore alla corrente ammissibile del diodo iZ. Questo limite verrebbe superato se la tensione di alimentazione aumenta in modo imprevisto o se il carico viene rimosso in modo tale che tutta la corrente di alimentazione scenda attraverso il diodo. La possibilità di un'uscita a circuito aperto deve essere presa in considerazione nella progettazione di un pratico regolatore di tensione. Un'altra limitazione significativa si verifica quando la resistenza di carico è piccola, richiedendo così grandi quantità di corrente dall'alimentazione non regolata. In questo caso, il diodo Zener è difficilmente tassato in termini di dissipazione di potenza, ma l'alimentazione non regolata potrebbe non essere in grado di fornire la corrente necessaria per sostenere la tensione di carico. In questo caso, la regolamentazione non ha luogo. Pertanto, in pratica, l'intervallo di resistenze di carico per cui è possibile ottenere la regolazione della tensione di carico è vincolato a un intervallo finito: Rmin≤R≤Rmax(5)Rmin≤R≤Rmax(5) Dove Rmax è tipicamente limitato dal diodo Zener potenza nominale e Rmin dalla corrente di alimentazione massima. Hai trovato apk per Android?

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