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Stabilizzare una tensione con i DIODI ZENER.

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Diodi zener

I diodi Zener, a differenza dei diodi al silicio, non vengono utilizzati per raddrizzare tensioni alternate, ma solamente per stabilizzare tensioni continue. Infatti, essi vengono costruiti appositamente per sfruttare il cosidetto funzionamento in valanga, secondo caratteristiche particolari per dissipare potenza con utilizzo in zona di "break down".
In questo modo la tensione ai capi del diodo rimane approssimativamente costante al variare della corrente, perciò il diodo può fornire una tensione di riferimento relativamente costante.

In figura possiamo osservare il simbolo elettrico del diodo zener, che si differenzia dal classico diodo comune per la presenza sul catodo delle due alette con direzione opposta.

Come già accennato in precedenza, il compito del diodo zener è quello di stabilizzare una tensione continua, portandola ovviamente su valori standard in base al diodo zener inserito( controlla i valori standard).
Infatti, sul corpo del diodo zener è stampata la tensione di lavoro del diodo stesso; la scritta
5V1 equivale ad una tensione di 5.1 Volt, ovviamente in ingresso dovrà essere presente una tensione maggiore rispetto a quella da stabilizzare di almeno 2-3 Volt.




Come stabilizzare una tensione con un Diodo Zener


Per poter creare una tensione stabilizzata con un diodo zener, è sufficente sempre disporre una resistenza di caduta di valore calcolato tra la tensione in ingresso e il catodo del diodo.


Infatti come possiamo notare nello schema a sinistra, la resistenza R1 è collegata alla tensione in ingresso di 12Volt, ed al catodo del diodo zener; l'anodo invece è collegato direttamente a GND.
Il valore della resistenza R1 va calcolato in base alle nostre esigenze,
e cioè in funzione della sua potenza e della tensione di alimentazione; infatti al variare della tensione in ingresso, tensione in uscita ed al diodo zener stesso, il valore resistivo R1 assumerà ogni volta valori e dimensioni diverse.


Per ricavare il suo valore efficace è sufficente eseguire alcuni semplici calcoli:

R=(Vcc-Vcz) : A

in cui:

R = valore ohmnico resistenza R1;
Vcc = tensione di alimentazione in ingresso;
Vcz = tensione di lavoro diodo zener;
A = corrente di assorbimento circuito;

Esempio:

Se il nostro circuito deve essere alimentato a 5 Volt con corrente massima di assorbimento pari a 30mA, impiegheremo un diodo zener da 5V1, ed il valore di R1 sarà:

R=(12 - 5.1) : 0.030= 230ohm ==> di conseguenza il valore resistivo prossimo è
220ohm.

Formule da utilizzare per diodi zener di potenze differenti:

per diodi zener da 1/2 watt:

Ohm = (Vcc - Vcz) : (20 + mA) x 1000;

per diodi zener da 1 watt:

Ohm = (Vcc - Vcz) : (30 + mA) x 1000;

per diodi zener da 2 watt:

Ohm = (Vcc - Vcz) : (40 + mA) : 1000;

Formule da utilizzare per ricavare la potenza della resistenza da applicare:

per diodi zener da 1/2 watt:

Watt = (Vcc - Vcz) x (20 + mA) : 1000;

per diodi zener da 1 watt:

Watt = (Vcc - Vcz) x (30 + mA) : 1000;

per diodi zener da 2 watt:

Watt = (Vcc - Vcz) x (40 + mA) : 1000;



Diodi Zener in serie


Ovviamente, come per i valori delle resistenze, anche le tensioni dei diodi zener si presentano tutte sotto valori standardizzati. Nasce quindi l'esigenza di doversi rivacare dei valori diversi da quelli standard, collegando
in serie due o più zener.




Come si può notare, collegare due o più diodi zener in serie è un'operazione molto semplice; l'anodo di D2 è collegato a GND mentre il catodo è collegato all'anodo di D1.
Per ricavare il valore della resistenza R1 quindi:

Vcztot = VczD1 + VczD2 = 5.1 + 3.3 = 8.4 Vcz;

Sapendo che la serie dei diodi zener è da 1/2Watt, e l'assorbimento totale è di 20mA:

Ohm = (Vcc - Vcz) : (20 + mA) x 1000==> (12 - 8.4) : (20 + 20) x 1000==> 90 ohm; di conseguenza R1= 100ohm

Watt = (Vcc - Vcz) x (20 + mA) : 1000
==> (12 - 8.4) x (20 + 20) : 1000==> 0.144 Watt.

Sapendo che 0.144 Watt è inferiore a 0.5 Watt(1/2 Watt), si può utilizzare una resistenza da
1/4 di Watt.


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