Elektronik Zener Diyot ve Karakteristiği Zener Diyot ve Karakteristi ğ i Zener diyot jonksiyon diyodun özel bir tipidir. Zener Diyodunun Özellikleri: -- Do ğ ru polarmal ı halde normal bir diyot gibi çal ı ş ı r ( Ş ekil 3.14). -- Ters polarmal ı halde, belirli bir gerilimden sonra iletime geçer. Bu gerilime zener dizi gerilimi, veya daha k ı sa olarak zener gerilimi denir ( Ş ekil 3.14-V Z). -- Ters gerilim kalk ı nca, zener diyotta normal haline döner. -- Devrelerde, ters yönde çal ı ş acak ş ekilde kullan ı l ı r. -- Bir zener diyot zener gerilimi ile an ı l ı r. Örn: "30V ' luk zener" denildi ğ inde, 30V ' luk ters gerilimde çal ı ş maya ba ş layan zener diyot demektir. ( Ş ekil 3.14). -- Silikon yap ı l ı d ı r. Zener diyot, ters yön çal ı ş mas ı s ı ras ı nda olu ş acak olan a ş ı r ı ak ı mdan dolay ı bozulabilir. Bu durumu önlemek için devresine daima seri bir koruyucu direnç ba ğ lan ı r ( Ş ekil 3.16-R S). Her zaman zener diyodun katalo ğ unda ş u bilgiler bulunur: - Gücü - Ters yön gerilimi(V Z), - Maksimum ters yön ak ı m ı (I ZM), - Ters yöndeki maksimum kaçak ak ı m ı , - Maksimum direnci - S ı cakl ı k sabiti. Ş u limit de ğ erlerde çal ı ş an zener diyotlar üretilmektedir: - Maksimum zener ak ı m ı (IZM): 12A - Zener gerilimi (VZ): 2 - 200V aras ı - Maksimum gücü: 100Watt - Maksimum ters yön kaçak ak ı m ı : 150µA (mikro amper) - Maksimum çal ı ş ma s ı cakl ığı : 175°C. Çal ı ş ma ortam ı s ı cakl ığı artt ı kça zener gerilim küçülür. Zener geriliminin ayar ı : Zener gerilimin ayar ı birle ş me yüzeyinin iki taraf ı nda olu ş an bo ş luk bölgesinin ( nötr bölge) geni ş li ğ inin ayarlanmas ı yoluyla sa ğ lanmaktad ı r. Bunun içinde çok saf silikon kristal kullan ı lmakta ve katk ı maddesi miktar ı de ğ i ş tirilmektedir. Bo ş luk bölgesi darald ı kça zener diyot daha küçük ters gerilimde iletime geçmektedir.Ş ekil 3.14 - Zener diyot karakteristik e ğ risi Zener gücünün ayar ı : Zener gücü, birle ş me yüzeyinin büyüklü ğ üne ve diyodun üretiminde kullan ı lan silikonun safl ı k derecesiyle, katk ı maddesinin miktar ı na ba ğ l ı d ı r. Ayr ı ca diyot ı s ı nd ı kça gücüde dü ş ece ğ inden, so ğ utulmas ı yla ilgili önlemlerin al ı nmas ı da gerekir. Zener Diyodun Kullan ı m Alanlar ı : 1. K ı rpma Devresinde: Ş ekil 3.15 'de görüldü ğ ü gibi iki zener diyot ters ba ğ land ığı nda basit ve etkili bir k ı rpma devresi elde edilir. Ş ekil 3.15 - İ ki zener diyotlu tam dalga k ı rpma devresiÖrne ğ in: Devre giri ş ine tepe de ğ eri 10V olan bir AC gerilim uygulans ı n ve k ı rpma i ş lemi için, zener gerilimi 5V olan iki Z 1, Z 2 zener diyodu kullan ı ls ı n. AC gerilimin pozitif alternans ı ba ş lang ı c ı nda Z 1 zeneri do ğ ru polarmal ı ve iletimde, Z 2zeneri ise ters polarmal ı ve kesimde olacakt ı r. Giri ş gerilimi +5V ' a ula ş t ığı nda Z 2 'de iletime geçer ve dolay ı s ı yla da ç ı k ı ş uçlar ı aras ı nda +5V olu ş ur. Keza, R direnci üzerindeki gerilim dü ş ümü de 5V 'tur. AC gerilimin di ğ er alternans ı nda da Z 1 ters polarmal ı hale gelir ve bu defa da ç ı k ı ş ta tepesi k ı rp ı lm ı ş 5V 'luk negatif alternans olu ş ur. R direnci, devreden akacak ak ı m ı n Zener diyotlar ı bozmayacak bir de ğ erde kalmas ı n ı sa ğ layacak ve 5V ' luk gerilim dü ş ümü olu ş turacak ş ekilde seçilmi ş tir. 2. Zener Diyodun Gerilim Regülatörü Olarak Kullan ı lmas ı : Zener diyottan, ço ğ unlukla, DC devrelerdeki gerilim regülasyonu için yararlan ı lmaktad ı r. Buradaki regülasyondan amaç, gerilimin belirli bir de ğ erde sabit tutulmas ı d ı r. Bunun için zener diyot, ş ekil 3.16 ' da görüldü ğ ü gibi, gerilimi sabit tutmak istenen devre veya yük direncine paralel ve ters polarmal ı olarak ba ğ lan ı r. Diyot uçlar ı na gelen gerilim, zener de ğ erine ula ş t ığı nda diyot iletime geçer ve uçlar ı aras ı ndaki gerilim sabit kal ı r. Örnek: Ş ekil 3.16 ' da verilmi ş olan devrede R L yük direnci uçlar ı aras ı ndaki V L gerilimi 6.2V 'ta sabit tutulmak istensin. Bunu sa ğ lamak için, ş ekilde görüldü ğ ü gibi R L 'e paralel ba ğ l ı zener diyodun ve seri ba ğ l ı bir R S direncinin seçimi gerekir. Ayr ı ca, bir de C kondansatörünün paralel ba ğ lanmas ı nda yarar vard ı r. Bu kondansatör, gerilim dalgalanmalar ı n ı ve ba ş ka devrelerden gelebilecek parazit gerilimlerini önleyici görev yapar. De ğ eri, devre geriliminin büyüklü ğ üne göre, hesaplan ı r. Ş ekildeki bir devre için 30V - 1000µF 'l ı k bir kondansatör uygundur. Burada birinci derecede önemli olan, R S direnci ile zener diyodun seçimidir.Ş ekil 3.16 - Zener diyodun gerilim regülatörü olarak kullan ı lmas ı Seri R S direncinin seçimi: Önce R S direncine karar vermek gerekir; Kaynak gerilimi: E=V=9V Yük direnci ve uçlar ı aras ı ndaki gerilim: R L =33 Ohm, V L =6.2V Bu durumda, zener diyot dikkate al ı nmadan, V L =6.2V 'u olu ş turabilmek için kaç ohm 'luk bir R S direncinin gerekti ğ i hesaplanmal ı d ı r. E=I L *R S +V L ve I L =V L /R L 'dir. Birinci formüldeki I L yerine, ikinci formüldeki e ş itini yaz ı p, de ğ erler yerine konulursa : 9=6,2/33*R S +6,2 olur. Buradan R S çözülürse: R S =(9-6,2)33/6,2 'den, R S =14.9 = 15 (ohm) olarak bulunur. RS=15 Ohm ' luk direnç ba ğ land ığı nda, "E" gerilimi 9V ' ta sabit kald ığı sürece R L yük direnci uçlar ı aras ı nda sürekli olarak 6.2V olu ş acakt ı r. "E" geriliminin büyümesi halinde, A-B noktalar ı aras ı ndaki V A-B gerilimi de 6.2V 'u a ş aca ğı ndan, 6.2V ' luk bir ZENER diyot kullan ı ld ığı nda, R L uçlar ı aras ı ndaki gerilim sabit kalacakt ı r. Ancak, yaln ı zca gerilime göre karar vermek yeterli de ğ ildir. Bu durumda nas ı l bir zener diyot kullan ı lmal ı d ı r? Zener diyodun seçimi: Zener gerilimi 6.2V olan bir zener diyot R L direncine paralel ba ğ land ığı nda V L =6.2V 'ta sabit kal ı r. Ancak, E giri ş geriliminin büyümesi s ı ras ı nda zener diyottan akacak olan ak ı m ı n, diyodun dayanabilece ğ i " maksimum ters yön zener ak ı m ı ndan" (I ZM ) büyük olmas ı gerekir. Zener diyot buna göre seçilmelidir. 6.2V 'luk olup ta de ğ i ş ik I ZM ak ı ml ı olan zener diyotlar vard ı r. Örne ğ in: A ş a ğı daki tabloda, bir firma taraf ı ndan üretilen, 6.2V ' luk zenerlere ait I ZM ak ı m ı ve güç de ğ erleri verilmi ş tir.Zener Maksimum ak ı m ı (I ZM) (mA) 33 60 146 1460 7300 Zener Gücü (W) 0.25 0.4 1 10 50 Bu zenerler den hangisinin seçilece ğ ine karar vermeden önce yük direncinden geçecek ak ı m ı bilmek gerekir: Ş ekil 3.16 'daki devrenin yük direncinden geçen ak ı m a ş a ğı daki gibi olur. I L =V L /R L = 6.2/33 = 0.188A = 188mA E geriliminin büyümesi halinde olu ş acak devre ak ı m ı n ı n 188mA 'in üstündeki miktar ı zener diyottan akacakt ı r. Örne ğ in: E geriliminin ula ş t ığı maksimum gerilim; E = 12.2V olsun. Zener diyottan geçecek olan ak ı m ı n de ğ eri ş u olacakt ı r: Kirchoff kanununa göre: 12.2 = I t *R S +6.2 (I t devreden akan toplam ak ı md ı r.) R S = 15 yerine konarak I t çözülürse; I t = 1.22-6.2/15 = 6/15 'den I t = 0,4A = 400mA olur. Bu 400mA 'den 188mA 'i R L yük direncinden geçece ğ ine göre; Zener diyottan geçecek olan I Z ak ı m ı : I Z = 400-188 = 212mA 'dir. Bu de ğ er, yukar ı daki tabloya göre: 10W 'l ı k zenerin maksimum ak ı m ı olan 1460mA 'den küçük, 1W 'l ı k zenerin maksimum ak ı m ı olan 146mA 'den büyüktür. Böyle bir durumda 10W 'l ı k zener kullan ı lacakt ı r. Asl ı nda, 212mA ' lik zener için 1460mA ' lik zener kullanmakta do ğ ru de ğ ildir. Daha uygun bir zener seçimi için ba ş ka üretici listelerine de bakmak gerekir. 3. Ölçü Aletlerinin Korunmas ı nda Zener Diyot Döner çerçeveli ölçü aletlerinin korunmas ı nda, zener diyot ş ekil 3.17 ' deki gibi paralel ba ğ lan ı r. Bu halde zener gerilimi, voltmetre skalas ı n ı n son de ğ erine e ş ittir. Ölçülen gerilim zener gerilimini a ş ı nca diyot Ş ekil 3.17 - Döner çerçeveli ölçü aletinin zener diyot ile korunmas ıters yönde iletken hale geçerek ölçü aletinin zarar görmesini engeller. Ayar olana ğı sa ğ lamak için birde potansiyometre kullan ı labilir. 4. Rölenin Belirli Bir Gerilimde Çal ı ş t ı rı lmas ı nda Zener Diyot Ş ekil 3.18 ' deki gibi zener diyot, röleye seri ve ters yönde ba ğ lanm ı ş t ı r. Röle, ancak uygulanan gerilimin, Zener gerilimi ile röle üzerinde olu ş acak gerilim dü ş ümü toplam ı n ı a ş mas ı ndan sonra çal ı ş maktad ı r. Ş ekil 3.18 - Ancak zener gerilimi üstünde çal ı ş abilen röle devresi