Temel Elektronik
Ana Sayfa Yap  Favorilerine Ekle  E-Mail Gönder  Bu Sayfayı Yazdır

Zener Diyot ve Karakteristiği

Zener diyot jonksiyon diyodun özel bir tipidir.

Zener Diyodunun Özellikleri:

-- Doğru polarmalı halde normal bir diyot gibi çalışır (Şekil 3.14).
-- Ters polarmalı halde, belirli bir gerilimden sonra iletime geçer.
Bu gerilime zener dizi gerilimi, veya daha kısa olarak zener gerilimi denir (Şekil 3.14-VZ).
-- Ters gerilim kalkınca, zener diyotta normal haline döner.
-- Devrelerde, ters yönde çalışacak şekilde kullanılır.
-- Bir zener diyot zener gerilimi ile anılır.
Örn: "30V 'luk zener" denildiğinde, 30V 'luk ters gerilimde çalışmaya başlayan zener diyot demektir.
 (Şekil 3.14).
-- Silikon yapılıdır.

Zener diyot, ters yön çalışması sırasında oluşacak olan aşırı akımdan dolayı bozulabilir. Bu durumu önlemek için devresine daima seri bir koruyucu direnç bağlanır (Şekil 3.16-RS).

Her zaman zener diyodun kataloğunda şu bilgiler bulunur:

- Gücü
- Ters yön gerilimi(VZ),
- Maksimum ters yön akımı(IZM),
- Ters yöndeki maksimum kaçak akımı,
- Maksimum direnci
- Sıcaklık sabiti.

Şu limit değerlerde çalışan zener diyotlar üretilmektedir:

- Maksimum zener akımı (IZM): 12A
- Zener gerilimi (VZ): 2 - 200V arası
- Maksimum gücü: 100Watt
- Maksimum ters yön kaçak akımı: 150µA (mikro amper)
- Maksimum çalışma sıcaklığı: 175°C.

Çalışma ortamı sıcaklığı arttıkça zener gerilim küçülür.

Zener geriliminin ayarı:

Zener gerilimin ayarı birleşme yüzeyinin iki tarafında oluşan boşluk bölgesinin (nötr bölge) genişliğinin ayarlanması yoluyla sağlanmaktadır. Bunun içinde çok saf silikon kristal kullanılmakta ve katkı maddesi miktarı değiştirilmektedir. Boşluk bölgesi daraldıkça zener diyot daha küçük ters gerilimde iletime geçmektedir.

Şekil 3.14
Şekil 3.14 - Zener diyot karakteristik eğrisi
Zener gücünün ayarı:

Zener gücü, birleşme yüzeyinin büyüklüğüne ve diyodun üretiminde kullanılan silikonun saflık derecesiyle, katkı maddesinin miktarına bağlıdır. Ayrıca diyot ısındıkça gücüde düşeceğinden, soğutulmasıyla ilgili önlemlerin alınması da gerekir.

Zener Diyodun Kullanım Alanları:

1. Kırpma Devresinde:
Şekil 3.15
Şekil 3.15 - İki zener diyotlu tam dalga kırpma devresi

Şekil 3.15 'de görüldüğü gibi iki zener diyot ters bağlandığında basit ve etkili bir kırpma devresi elde edilir.

Örneğin:
Devre girişine tepe değeri 10V olan bir AC gerilim uygulansın ve kırpma işlemi için, zener gerilimi 5V olan iki Z1, Z2 zener diyodu kullanılsın.

AC gerilimin pozitif alternansı başlangıcında Z1 zeneri doğru polarmalı ve iletimde, Z2zeneri ise ters polarmalı ve kesimde olacaktır.
Giriş gerilimi +5V 'a ulaştığında Z2 'de iletime geçer ve dolayısıyla da çıkış uçları arasında +5V oluşur. Keza, R direnci üzerindeki gerilim düşümü de 5V 'tur.

AC gerilimin diğer alternansında da Z1 ters polarmalı hale gelir ve bu defa da çıkışta tepesi kırpılmış 5V 'luk negatif alternans oluşur.
R direnci, devreden akacak akımın Zener diyotları bozmayacak bir değerde kalmasını sağlayacak ve 5V 'luk gerilim düşümü oluşturacak şekilde seçilmiştir.

2. Zener Diyodun Gerilim Regülatörü Olarak Kullanılması:

Zener diyottan, çoğunlukla, DC devrelerdeki gerilim regülasyonu için yararlanılmaktadır. Buradaki regülasyondan amaç, gerilimin belirli bir değerde sabit tutulmasıdır.

Bunun için zener diyot, şekil 3.16 'da görüldüğü gibi, gerilimi sabit tutmak istenen devre veya yük direncine paralel ve ters polarmalı olarak bağlanır.

Diyot uçlarına gelen gerilim, zener değerine ulaştığında diyot iletime geçer ve uçları arasındaki gerilim sabit kalır.

Örnek:

Şekil 3.16 'da verilmiş olan devrede RL yük direnci uçları arasındaki VL gerilimi 6.2V 'ta sabit tutulmak istensin.

Bunu sağlamak için, şekilde görüldüğü gibi RL 'e paralel bağlı zener diyodun ve seri bağlı bir RS direncinin seçimi gerekir.

Ayrıca, bir de C kondansatörünün paralel bağlanmasında yarar vardır. Bu kondansatör, gerilim dalgalanmalarını ve başka devrelerden gelebilecek parazit gerilimlerini önleyici görev yapar. Değeri, devre geriliminin büyüklüğüne göre, hesaplanır. Şekildeki bir devre için 30V - 1000µF 'lık bir kondansatör uygundur.

Burada birinci derecede önemli olan, RS direnci ile zener diyodun seçimidir.

Şekil 3.16
Şekil 3.16 - Zener diyodun gerilim regülatörü olarak kullanılması

Seri RS direncinin seçimi:

Önce RS direncine karar vermek gerekir;

Kaynak gerilimi: E=V=9V
Yük direnci ve uçları arasındaki gerilim: RL=33 Ohm, VL=6.2V

Bu durumda, zener diyot dikkate alınmadan, VL=6.2V 'u oluşturabilmek için kaç ohm 'luk bir RS direncinin gerektiği hesaplanmalıdır.

E=IL*RS+VL    ve   IL=VL/RL 'dir.

Birinci formüldeki IL yerine, ikinci formüldeki eşitini yazıp, değerler yerine konulursa :

9=6,2/33*RS+6,2   olur.

Buradan RS çözülürse:

RS=(9-6,2)33/6,2 'den,    RS=14.9 = 15 (ohm) olarak bulunur.

RS=15 Ohm 'luk direnç bağlandığında, "E" gerilimi 9V 'ta sabit kaldığı sürece RL yük direnci uçları arasında sürekli olarak 6.2V oluşacaktır.

"E" geriliminin büyümesi halinde, A-B noktaları arasındaki VA-B gerilimi de 6.2V 'u aşacağından, 6.2V 'luk bir ZENER diyot kullanıldığında, RL uçları arasındaki gerilim sabit kalacaktır. Ancak, yalnızca gerilime göre karar vermek yeterli değildir.

Bu durumda nasıl bir zener diyot kullanılmalıdır?

Zener diyodun seçimi:

Zener gerilimi 6.2V olan bir zener diyot RL direncine paralel bağlandığında VL=6.2V 'ta sabit kalır.

Ancak, E giriş geriliminin büyümesi sırasında zener diyottan akacak olan akımın, diyodun dayanabileceği "maksimum ters yön zener akımından" (IZM) büyük olması gerekir. Zener diyot buna göre seçilmelidir.

6.2V 'luk olup ta değişik IZM akımlı olan zener diyotlar vardır.

Örneğin:

Aşağıdaki tabloda, bir firma tarafından üretilen, 6.2V 'luk zenerlere ait IZM akımı ve güç değerleri verilmiştir.

Zener Maksimum akımı  (IZM) (mA)

33

60

146

1460

7300

Zener Gücü (W)

0.25

0.4

1

10

50

Bu zenerler den hangisinin seçileceğine karar vermeden önce yük direncinden geçecek akımı bilmek gerekir:

Şekil 3.16 'daki devrenin yük direncinden geçen akım aşağıdaki gibi olur.

IL=VL/RL = 6.2/33 = 0.188A = 188mA

E geriliminin büyümesi halinde oluşacak devre akımının 188mA 'in üstündeki miktarı zener diyottan akacaktır.

Örneğin:
E geriliminin ulaştığı maksimum gerilim; E = 12.2V olsun.

Zener diyottan geçecek olan akımın değeri şu olacaktır:

Kirchoff kanununa göre:

12.2 = It*RS+6.2 (It devreden akan toplam akımdır.)

RS = 15 yerine konarak It çözülürse;

It = 1.22-6.2/15 = 6/15 'den   It = 0,4A = 400mA olur.

Bu 400mA 'den 188mA 'i RL yük direncinden geçeceğine göre;

Zener diyottan geçecek olan IZ akımı: IZ = 400-188 = 212mA 'dir.

Bu değer, yukarıdaki tabloya göre:

10W 'lık zenerin maksimum akımı olan 1460mA 'den küçük, 1W 'lık zenerin maksimum akımı olan 146mA 'den büyüktür.

Böyle bir durumda 10W 'lık zener kullanılacaktır.

Aslında, 212mA 'lik zener için 1460mA 'lik zener kullanmakta doğru değildir. Daha uygun bir zener seçimi için başka üretici listelerine de bakmak gerekir.

3. Ölçü Aletlerinin Korunmasında Zener Diyot
Şekil 3.17
Şekil 3.17 - Döner çerçeveli ölçü aletinin zener diyot ile korunması

Döner çerçeveli ölçü aletlerinin korunmasında, zener diyot şekil 3.17 'deki gibi paralel bağlanır. Bu halde zener gerilimi, voltmetre skalasının son değerine eşittir. Ölçülen gerilim zener gerilimini aşınca diyot ters yönde iletken hale geçerek ölçü aletinin zarar görmesini engeller. Ayar olanağı sağlamak için birde potansiyometre kullanılabilir.

4. Rölenin Belirli Bir Gerilimde Çalıştırılmasında Zener Diyot

Şekil 3.18
Şekil 3.18 - Ancak zener gerilimi üstünde çalışabilen röle devresi

Şekil 3.18 'deki gibi zener diyot, röleye seri ve ters yönde bağlanmıştır. Röle, ancak uygulanan gerilimin, Zener gerilimi ile röle üzerinde oluşacak gerilim düşümü toplamını aşmasından sonra çalışmaktadır.