ÖDEVİN KONUSU ZENER DİYOT AD SOYADI MUHAMMED MEHDİ KÖKEL 1 İçindekiler GİRİŞ 1. ZENER DİYOT 3 ZENER DİYOTUN TAM EŞ DEĞER DEVRESİ 4 ZENER DİYOT ÇALIŞMA PRESİBİ…………………..………………………………..5 ZENER DİYOTUN DOĞRU POLARMADA ÇALIŞMASI 5 ZENER DİYOTUN TERS POLARMADA ÇALIŞMA...………………………………..6 ZENER DİYOT KAREKTERİSTİK EĞRİSİ 6 ZENER DİYOT ÖZELLİKLER……………………………………………………..…...7 ZENER GERİLİMİ ÇALIŞMA GERİLİMİ BELİRLENMESİ…………..……............7 ZENER DİYOT KATALOG BİLGİLERİ..………………………………………….….8 ZENER DİYOT NASIL ÖLÇÜLÜR ?...............................................................................9 ZENER DİYOT SAĞLAMLIK KONTROLÜ…………………..………………….….10 ZENER DİYOT KULLANIM ALANLARI ………………………………..………….10 KAYNAKÇA 2 ZENER DİYOT Zener diyot, ters polarma altında çalışan ve gerilim regülasyonunda kullanılan bir diyot çeşididir. PN birleşiminin terspolarma altındaki kırılma noktasından yararlanılarak geliştirilmiş özel diyotlardır. Zener diyotlar doğru polarma altında bir kristal diyot gibi (Germanyum 0.3V, Silisyum 0.7V) iletime geçer. 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. Şekil : Zener diyodun (a) Sembolleri (b) Ters polarması (c) Karakteristiği 3 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 diyodunun tam eşdeğer devresi Zener diyodunun tam eşdeğer devresi Şekilde gösterildiği gibi küçük bir dinamik dirençten ve zener potansiyeline eşit bir DC kaynaktan oluşur. Ancak, zener eşdeğer direnci kullanılan harici dirençlerden çok küçük olduğu için ihmal edilerek, uygulamalarda Şekil b`deki yaklaşık zener eşdeğer devresi kullanılacaktır. Şekil : (a) Zener tam eşdeğer devresi (b) Zener yaklaşık eşdeğer devresi 4 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 Çalıştırılması 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. 5 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 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. 6 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 Doğru polarmalı halde normal bir diyot gibi çalışır. Ters polarmalı halde, belirli bir gerilimden (zener gerilimi) sonra iletime geçer. Ters gerilim kalkınca, zener diyot da normal haline döner. Devrelerde, ters yönde çalışacak şekilde kullanılır. 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. (3V, 4.3V, 5.1V, 6.2V, 7.5V, 9.1V, 12V 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. 7 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. Aşağıdaki tabloda 500mW ve % 20 ile tanımlanan 1N961 zener diyoduna ait elektriksel karakteristikler verilmiştir. Zener Anma Gerilim i VZ (V) Teot Max. Max. Max. Dinamik Dinamik Bükülme Test Test Tipik Akım Empedans Empedans Empedans Gerilim Gerilim Sıcaklık ı ı ı ı i i Katsayıs IZT IZT`de IZT`de IZK`da VR VR ı (mA) ZZT ZZT ZZK (V) (V) (% / oC) (W) (mA) (W) (µA) 8 1N96 1 10 12.5 8.5 700 0.25 10 7.2 32 +0.072 Elektriksel karakteristikler (Aksi belirtilmedikçe 25°C ortam sıcaklığında) Bu karakteristik değerleri şekil üzerinde gösterecek olursak aşağıdaki zener karakteristiği elde edilir. Zener test karakteristiği (1N961) 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. 9 Zener Diyodun Devreye BağlanmasıDiyot 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 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. 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, 10 (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. KAYNAKÇA https://diyot.net/zener-diyot-5/ https://tr.wikipedia.org/wiki/Zener_diyot https://www.elektrikrehberiniz.com/elektronik/zener-diyot-nedir-10388/ 11
