ZENER
In questo articolo tratto l'effetto zener ed il relativo componente utilizzato che sfrutta questo principio: IL DIODO ZENER
Le immagini sono di mia creazione, i concetti sono ciò che ho appreso attraverso libri, riviste e quant'altro possa trattare questo argomento. Non c'è nulla di copiato da altre fonti ed ho cercato di rendere l'articolo scorrevole, utile ed essenzialmente pratico.
Ovviamente sono concetti già risaputi per chi è da tempo nel mondo dell'elettronica e basilari per chi si sta ora affacciando da neofita. Nulla toglie che non faccia bene un ripassino di tanto in tanto.
Ho preferito inserire per ogni concetto un calcolo, al fine di rendere più immediato il concetto esposto.
Spero possa esserVi utile, Saluti.
DIODO ZENER
Nel diodo raddrizzatore applicando al catodo una tensione positiva rispetto all'anodo, scorre soltanto una debolissima corrente, detta "corrente di drift", che possiamo considerare nulla fino a quando la tensione applicata non raggiunge un valore tale da innescare "l'effetto valanga". La tensione in cui si manifesta l’effetto valanga viene detta “tensione di Break-down” (VBD), funzionando in tali condizioni, un diodo normale arriva presto alla distruzione per surriscaldamento.
E' tuttavia possibile, drogando fortemente il semiconduttore, ottenere un effetto simile all'effetto valanga, ma diverso per due aspetti fondamentali:
1- il fenomeno può ripetersi indefinitamente senza che il diodo si distrugga
2- il fenomeno si produce anche a tensioni basse, dell'ordine di qualche volt
Tale fenomeno, per cui, a tensione praticamente costante, si verifica un brusco aumento della corrente inversa, viene denominato "effetto Zener"; poiché il processo dipende dall'intensità del campo elettrico applicato, è possibile, modificando lo spessore dello strato a cui viene applicata la tensione, ottenere diodi zener che manifestano l'effetto valanga a tensioni diverse, in un campo che va da circa 4 volt a diverse centinaia di volt.
Grazie alle sue caratteristiche, il diodo zener viene ampiamente sfruttato per realizzare circuiti di stabilizzazione della tensione.
Quando si supera la tensione di Zener Vz (che è negativa in quanto il diodo zener è polarizzato inversamente), la corrente che passa nel diodo zener può raggiungere livelli altissimi senza che la tensione Vz venga modificata: poiché la stessa corrente passa anche nella resistenza Rz, ai capi di quest'ultima si determina una maggiore caduta di tensione, che compensa così l'aumento della tensione in ingresso fornita dal generatore.
Un diodo zener è quindi caratterizzato in primo luogo dalla tensione a cui si verifica l'effetto valanga (tensione di zener); importante è poi la massima corrente (Imax) che il diodo zener può sopportare (pena la distruzione dello stesso) e la minima corrente (Imin) necessaria affinché si manifesti l’effetto valanga.
Osserviamo come prima particolarità che, nell'uso normale, mentre un diodo raddrizzatore viene attraversato dalla corrente nel senso anodo-catodo, un diodo zener viene inserito in circuito col catodo rivolto verso il positivo, così da essere attraversato da una corrente inversa nel senso catodo-anodo.
IL DIODO ZENER COME STABILIZZATORE
Quando voglio raddrizzare una tensione alternata abbassandola di voltaggio uso un diodo zener in parallelo al generatore ed una resistenza in serie al generatore. La resistenza Rz mi garantirà la giusta corrente di lavoro del diodo, mentre il diodo mi garantirà la tensione stabilizzata Vz (tensione del diodo zener) ai capi di A e B ai quali potrò collegare un circuito (carico).
a) Durante la semionda positiva la corrente esce dal generatore Vi e passa attraverso il diodo zener polarizzandolo inversamente. Il diodo zener conduce superata la VBD detta tensione di zener Vz.
b) Raggiungendo la tensione Vz la semionda positiva non aumenta più di valore ma rimane stabile a Vz per qualsiasi corrente superiore che attraversi il diodo.
c) Quando la semionda positiva nel decrescere raggiunge un valore di tensione minore di Vz, la semionda decresce al decrescere di Vi.
Durante la semionda positiva opposta che esce dal generatore, il diodo zener si comporta come un diodo raddrizzatore e la tensione cade tutta sulla Rz.
Avrò quindi raddrizzato e diminuito la tensione Vi. Essendo che la tensione ottenuta non potrà superare Vz qualunque tensione abbia Vi, si dice che essa è stabilizzata ossia protetta da sovratensioni che innalzerebbero (seppur per qualche millisecondo) la Vi.
FLUTTUAZIONI DI TENSIONE E DI CORRENTE
Le fluttuazioni di corrente o di tensione sono dei picchi che durano pochissimi millisecondi (dovute anche a condizioni atmosferiche es: fulmini) ma che possono pregiudicare il funzionamento di un circuito in quanto il generatore segue queste fluttuazioni. Si potranno avere picchi di tensione su un generatore in AC che le trasmette al trasformatore il quale mi fornirà una DC con i relativi picchi del generatore.
Per ovviare a questa eventualità si stabilizza il carico RL inserendo in parallelo uno zener e gli eventuali picchi cadranno sulla resistenza RV
TENSIONE STABILIZZATA
Spesso ci troveremo quindi nella situazione di stabilizzare la tensione di un generatore attraverso uno zener.
Molte informazioni ci possono essere date dal datasheet e dai componenti principali come ad esempio il generatore ed il carico, altre come il valore del resistore in serie al generatore dovremo ricavarcele noi. Ecco un esempio pratico:
Ovviamente si adotteranno valori facilmente reperibili a livello commerciale.
Esiste come per utti i componenti un datasheet dove evngono elencate le caratteristiche del componente. A noi interesseranno sopratutto le correnti massime e minime dissipabili per il dimensionamento del circuito, le temperature prodotte in rapporto alle correnti per eventuali dissipazioni tramite ventole od altro. Ovviamente la tensione inversa e la tensione nominale di lavoro sono caratteristiche alle quali noi facciamo ricorso da subito.
Clicca qui 
per visualizzare un classico datasheet del dido zener. In esso si troveranno grafici facilmente intuitivi che simuleranno l'andamento della corrente e della tensioine inversa di saturazione, una completa gamma di tensioni stabilizzate attraverso il diodo zener, le cartteristiche più importanti fino ad ora citate.
Buona lettura.
