diyot.net

Daha detaylı bilgiye ihtiyacınız varsa diyot.net site arama motoruyla ulaşabilirsiniz .
Binlerce konu başlığı , Şemalar PDF kitap ve ders notları .

Zener Diyot

Zener diyot, zener diyot nedir, zener diyot soruları, zener diyot karakteristiği, zener diyot soru çözümleri, zener diyotlu regülatör devresi, zener diyot ne işe yarar, zener diyot kullanım alanları, zener diyot devreleri, zener diyot nerelerde kullanılır .

Ters polarma gerilimi altında sabit çıkış gerilimi veren gerilim regülasyonunda kullanılan diyotlardır. P ve N tipi iki yarı iletkenin birleşmesinden zener diyot meydana gelmiştir. Zener (zenner, gerilim sabitleyici, regüle) diyotun esas görevi uçlarına uygulanan gerilimi sabit tutmaktır. P ve N tipi yarı iletken malzemelerden meydana gelen zener diyot, silikon yapılıdır.

Zener diyot adını icat eden Clarence Zener’ den almıştır. Zener diyot ilk defa 1934 yılında üretilmiştir. İlk devre görevi elektronik elemanları koruma olmuştur.

Zener Diyot Sembolleri

Zener Diyot Sembolleri

Normal diyotlara göre, zener diyotlar da kullanılan P ve N tipi yarı iletkenlerin “katkı madde” oranları doğrultmaç diyotlarından daha yüksektir. Diyot çeşitlerinden biri olan zener diyotlar belli bir gerilim değerine kadar akım geçirmezler. Zener diyoda uygulanan gerilim artıkça diyot büyük bir direnç gösterir ve mA seviyesinde akım geçirir. Gerilim belirli bir seviyeye gelince, aniden diyottan ters yönde akım geçmeye başlar. Bu gerilimin değerine zener gerilimi veya kırılma gerilimi denir. Vz ile tanımlanır. Gerilim artmaya devam edilirse akım da artar ancak zener uçlarındaki gerilim sabit kalır. Normal bir diyot ise ters polarma altında zener geriliminden sonra delinir.

Zener Diyot Çalışma Prensibi

Diyota uygulanan gerilimin belirli değere ulaşması durumunda, ters yönde akım geçirmesi prensibine göre zener diyot imalatı yapılır. Devrede ters polarma yapılacak şekilde kullanılır. Uçlarına uygulanan gerilim (V), değişse de zener gerilimi (Vz) daima sabit kalır. Bundan dolayı Vgiriş ≥ Vz olmalıdır. Eğer gerilim Vz’ye ulaşamazsa zener diyot akım geçirmez.

Zener diyotlar ters polarlamada çalıştıkları için devreye ters bağlanırlar. Kırılma (zener) noktası adı verilen voltaj düzeyine gelindiğinde ise aniden iletkenleşirler.

Zener noktası (kırılma gerilimi) değeri üretim aşamasında katkı maddesi miktarı ayarlanarak belirlenir. Üretici firmalar 2 volttan 200 volt değerine kadar zener diyot üretirler. Bu voltaj değeri üretim aşamasında katkı maddesi miktarına göre ayarlanır. Belirli bir gerilime kadar akım geçirmeyen zener diyot, elektronik devrelerde elemanların korumasında önemli rol oynar.

Zener diyotlar devreye doğru yönde (polarmalı) bağlandığında normal diyot gibi çalışır. Gerilim yavaş yavaş arttırıldığında diyottan geçen akımın arttığı görülür.

Zener Diyodun Doğru Polarmada Çalıştırlması

Zener Diyodun Doğru Polarmada Çalıştırlması

Zener diyot devreye ters yönde (polarmalı) bağlandığında (kırılma gerilimine) gerilim yavaş yavaş arttırıldığında diyottan geçen akımın belli bir gerilim değerine kadar az olduğu, gerilim değeri zener diyodun üst sınır noktasını aştığında geçen akımın aniden çok yüksek bir değere ulaştığı görülür.

Zener Diyodun Ters Polarmada çalıştırılması

Zener Diyodun Ters Polarmada Çalıştırılması

Zener gerilimi prensibiyle çalışır ve bağlı olduğu elemana elektriksel olarak koruma sağlar. Kırılma gerilimi aşıldığında ise akım geçirir ve iletime geçer. Ters gerilim kalkınca, zener diyot da normal haline döner. Zener diyotların doğru polarma ve ters polarmada çalıştırılması durumunda elde edilen karakteristik eğrisi verilmiştir.

Zener Diyot Karekteristik Eğrisi

Zener Diyot Karekteristik Eğrisi

Zener diyotların çalışma voltajları 1-200Volt arasındadır. Örnek olarak; voltaj değeri 24 Volt olan bir zener diyot üzerine uygulanan ters gerilim 24 Volt olduğunda diyot akım geçirmez. Gerilim 24 Volt’u aştığı zaman zener diyot aniden iletkenleşerek akım geçirmeye başlar. Bu sırada zener diyota paralel olarak bir voltmetre bağlanıp ölçüm yapılırsa, diyot üzerinde 24 Volt’luk bir gerilim düşümünün olduğu görülür. Zener diyot, ters yönde çalışırken meydana gelecek aşırı akımdan dolayı bozulur. Zener diyotlar düşük akımlı olduklarından bozulmaması için devresine her zaman seri koruyucu direnç bağlanır.

Zener diyotlar ters bağlandığında belli bir gerilimden sonra iletken olurlar. Bunun sebebi P-N maddeleri ters yönde polarma edildiğinde ters yönde küçük bir sızıntı akımı meydana gelir. Bu sızıntı akımı küçük oluğu için yok kabul edilebilir. Fakat, ters yönlü olarak uygulanan gerilim belli bir değeri aştığında diyot ters yönde iletime geçer. Diyotun ters yönde akım geçirmesi yarı iletken yapısından oluşur.

Zener diyota uygulanan ters polarma da gerilim büyüdükçe, serbest elektronlara verilen enerji artar. Bu elektronların çarpma etkisiyle de birçok elektron valans bandından iletkenlik bandına atlayarak geçen akımın artmasına sebep olur.

Zener Diyot Özellikleri

Zener bölgesinin özelliği katkılama oranının değiştirilerek ayarlanmasıdır. Katkılama oranında artış yapılırsa zener potansiyeli düşer. Zener potansiyeli 2,4 Volt arasında bulunan ve 0,5Watt ile 50Watt arasında değişen güç değerine sahip olan zener diyot üretimi yapılır. Zener diyotların yapısında daha yüksek sıcaklık ve akım kapasitesi sebebi ile genel olarak silisyum kullanılır.

Çalışma ortamı sıcaklığı arttıkça zener gerilimi küçülür. Zener diyotlar uçlarındaki gerilimi sabit tutma özelliklerinden dolayı genel olarak regüle devrelerinde kullanılır. Zener diyotlar doğru polarlamalandırılırsa normal diyot gibi çalışır.

Zener noktası belirlenmesi diyotun üretim aşamasına bağlıdır. Diyot üretimi sırasında kullanılan katkı maddesine göre zener noktaları değişkenlik gösterebilir. Zener diyotlar genel olarak zener gerilimleri ile bilinirler. 20Volt’luk zener diyot, 20Volt zener gerilimine karşılık gelmektedir.

Zener Gerilimi Çalışma Geriliminin Belirlenmesi

Zener diyodun çalışma geriliminin belirlenmesinde, bir gerilim kaynağına seri olarak direnç ve zener diyot bağlanır. Zener diyodun iki ucuna üzerine düşen gerilimi ölçmek için de voltmetre kullanılır. Kaynak gerilimi 0’dan başlayarak yavaş yavaş arttırılır. Kaynak gerilimi arttırılmasına karşın diyot üzerine düşen gerilim, voltmetre ile ölçülür. Bir süre sonra değer sabit kalır. Bu sabit gerilim çalışma (zener) gerilimidir.

Zener diyotların ters polarmada iletime geçme gerilimleri değişik olarak imal edilir. (3 V, 4 V, 6 V, 7,5 V, 9V, 12 V vs.).Ters polarma gerilimi üzerinde yazan gerilime geldiğinde iletime geçer. Düz polarmada ise ters polarma gerilimi farklı bütün silisyum zener diyotlar 0,6–0,8 voltta iletime geçer. Sağlamlık kontrolü diğer diyotlarda olduğu gibi ohmmetre ile yapılır.

Zener Diyot Katalog Bilgileri

Zener diyot uygulamalarında zener gerilim, katalog bilgisi olarak verilir. Yalnız bozulma veya değişim gibi durumlarda belirtilen yöntem uygulanır.

Zener Diyot Kataloğunda Verilen Bilgiler

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

Aşağıdaki aralık değerlerinde 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 diyot firmaları tarafından üretilen zener diyot fiyatları da limit değerlerine göre değişir.

Zener Diyot Nasıl Ölçülür?

Zener diyot ölçümü yaparken; zener diyotun çalışıp çalışmadığı ve kırılma gerilimi şekildeki bağlantı ile öğrenilebilir. Aşağıdaki devreye 9 voltluk zener bağlanmıştır. Zener diyot uygulamalarında, uygulanan gerilimin 9Volt olma koşulu yoktur. Ancak zener diyodun kırılma geriliminden büyük bir gerilim uygulanmaz. Zenerin üzerinden 5-20 mili amper (mA) arasında bir akım geçecek şekilde bir değerde direnç seçilebilir. 12 volt gerilim uygulandığında zener diyottan bir akım geçer. Geçen akım R direncinde 3 voltluk bir gerilim düşümü meydana getirir. 12 volt besleme gerilimin 3 voltu direnç üzerinde düşerken 9 voltu zener diyot uçlarındadır.

Zener Diyodun Devreye Bağlanması

Zener Diyodun Devreye Bağlanması

Diyot şekildeki gibi bağlanıp gerilimini ölçüldüğünde 2.4Volt, 3Volt, 6Volt gibi bir değer okunmalıdır. Bu değer diyotun kırılma gerilim değeridir. Diyot ileri yönde bağlarsanız üzerindeki gerilim 0.7 V civarında olacaktır.

Zener Diyot Sağlamlık Kontrolü

Diyotun sağlamlık testinin avometre ile yapılması;

Zener Diyot Sağlamlık Kontrolü

Zener Diyot Sağlamlık Kontrolü

Zener diyot sağlamlık kontrolü yapılırken sağlam olup olmadığını test etmek için normal diyotta olduğu gibi avometrenin buzer kademesinde düz polarma yapılır.

  • İlk önce avometre diyot moduna alınır.
  • Avometrenin probları diyotun iki bacağına temas ettirilir.
  • Daha sonra problar ters şekilde diyotun bacaklarına temas ettirilir.
  • Her iki durumda da büyük yada her iki durumda da küçük değer okunursa diyot bozuktur.
  • Eğer bir durumda büyük, diğer durumda küçük değer okunursa diyot sağlamdır.

Örnek Devre

Zener Diyot Sağlamlık Kontrolü

Zener Diyot Sağlamlık Kontrolü

Örnek devre de 10 Volt’ luk zener bir devreye ters bağlanmış ve 10Volt’ tan sonraki kısım direnç üzerinde durmuştur.

Zener Diyot Kullanım Alanları

Sabit bir referans gerilim sağlamak için veya koruma amacı ile uygulama alanı bulan zener diyot, birçok elektronik devrede kullanılır. Bundan dolayı gerilim sabitleme, sinyal kırpma, (sinyal azaltma) elektronik eleman koruma görevlerini üstlenen birçok devrede zener diyot vardır. Piyasada değişik gerilim değerlerine sahip zener diyot çeşitleri bulunur. Zener diyodu yüksek akıma karşı korumak için direnç ile seri bağlanır.

Zener diyot kırpıcı devrelerde de kullanılır. İki zener diyot ters bağlandığı zaman etkili bir kırpma devresi meydana gelir. Ayrıca zener diyot, DC devrelerde gerilim regülasyonu amacı için de kullanılır. Zener diyotlarla “seri”, “basit paralel”,”şönt” ve “hata yükselteçli” regüle devreleri yapılmaktadır. Bu devrelerin fonksiyonları, giriş geriliminin değişmesine karşın çıkış gerilimini sabit tutmaktır.

Zener diyotlu regülatörde, zener diyodun belirli bir ters gerilimden sonra iletime geçme özelliğinden faydalanılır. Zener diyot, yük direncine ters yönde paralel olarak bağlanır. Yüke gelen gerilim belirli bir değeri geçince zener diyot iletime geçer ve devreden geçen akımı arttırır. Bu akım, devreye bağlanan seri dirençteki gerilim düşümünü arttırdığı için yüke gelen gerilim sabit kalır.

Zener diyot yapısından dolayı, diyot uçlarına uygulanan gerilim zener geriliminden fazla dahi olsa, zener uçlarında sabit bir gerilim oluşur. Sadece zener diyodun regülasyon yapabilmesi için uçlarına zener geriliminden daha fazla gerilim uygulanmalıdır.

Zener diyoda paralel bir kapasitör bağlanırsa dalgalanmaları ve parazitleri mümkün olduğunca azaltır.
Ölçü aletlerinde de zener diyot kullanılır. Ölçü aletinin maksimum ölçebileceği gerilim değerinde zener gerilimine sahip bir zener diyot paralel bağlandığı zaman cihaz, gelebilecek yüksek voltajlardan korunur. Ayarlamak için de potansiyometre de konulur.

Zener diyot, rölelerin bir gerilimde çalışması için de kullanılır. Bu durumda röle, zener gerilimini aşan gerilimler de çalışır.

Şimdi basit bir Zener regülatör devresini inceleyelim.

Üzerinden geçen voltajın sabitlenmesine yarayan bir diottur. Mesela 5,6V değerinde bir zenere 10V girerse çıkışta 5,6V oluşur. Fazla voltajı geçirmez...

Tek bir Zener diyotlu ile yapılan regülatörler fazla güç istemeyen devrelerde rahatlıkla kullanılabilir. Eğer devremiz fazla güç istiyorsa o zaman zener başına tek başına kullanılmaz. Bir regülatör devresinin referansı olarak kullanılır.

Zener diyot

Vi kaynak gerilimi Vz zener geriliminden büyük olmalıdır. Vi değeri yaklaşık olarak Vz değerinden 1,2 yada 1,4 katı büyük olması yeterlidir. Zener üzerinden geçen Iz akım küçük zenerler için 10-20mA civarındadır. Daha doğru bir değer bulmak için mutlaka kataloga bakmak gereklidir. Burada zener üzerindeki voltaj ya zener üzerinden doğrudan okunur yada katalogdan bakılır. Örneğin BZX79C9V1 9,1V luk zener diyot olup doğrudan diyot üzerinden okunabilir. 1N960 diyoduda 9,1 voltluk zener diyot olup, zener voltaj değeri katalogtan bakılarak anlaşılır.

Yukarıdaki devremizde bilinmesi gereken nokta Rs direncinin nasıl bulunduğudur. Rs=(Vz-Vi)/Iz formülü ile bulabiliriz. Iz değeri küçük zener diyotlar da 10-20mA olarak alınabilir. Yukarıdaki devre çıkışında sabit bir voltaj elde edilecektir. Böyle bir devre bir regülatör devresi için referans voltajı olarak kullanılabilir. Şimdi yukarıdaki devreyi doğrudan bir elektronik devrenin regüle besleme kaynağı olarak kullanalım. Yani devreden biraz akım çekelim. O zaman yukarıdaki devremiz aşağıdaki şekle dönüşecektir. Zener diyot

Bu durumda zener üzerinden geçen akım sabit kalmakla birlikte Rs direnci üzerinden birde yük akımı geçmektedir.

O zaman
IRS=Iz+IL, IRS=10 + 90, IRS=100mA olur.
Vz=9,1V yaklaşık 9V kabul edelim.
Rs=(Vi-Vz)/Iz+IL Rs=(12-9)/10+90 Rs=30 ohm bulunur.

Rs direncinin gücüde bulunmalıdır.
PRs=IRS2 x RS
PRs=0,12 x 30
PRs=0,3W dan büyük olmalıdır.
Burada seçilecek direnç 27 yada 33 ohm, 0,5W dir.

Bu örnekte dikkat edilecek konu, yük direncinin devreye sürekli olarak mutlaka bağlı kalması yada bir başka deyişle yük akımının mutlaka çekiliyor olmasıdır. Eğer yük direnci devreden çıkarılacak olursa, zener üzerinden geçen akım

Iz=(12-9)/30,
Iz=0,1A akım olur.

Eğer buradaki zener bu akıma dayanacak güçte değilse bozulacaktır. Bu nedenle devredeki zener bütün akımda üzerinden geçirebilecek güçte olmalıdır. Fakat bu bazen mümkün olmayabilir. Yada yük sürekli olarak devreye bağlı olarak kalmalıdır.

DİRENÇ

POPÜLER KONULAR

PRATİK BİLGİLER

SAĞLAMLIK KONTROLÜ - TESTİ

POPÜLER PROJELER

TEKNOLOJİ SİTELERİ

POPÜLER SİTELER