In che modo un diodo zener e una resistenza regolano la tensione?

Ho difficoltà a comprendere il semplice regolatore di tensione che può essere costruito utilizzando un diodo zener (dalla sezione 2.04 nell'arte dell'elettronica). So che sarebbe meglio usare amplificatori, eccetera, ma sto solo cercando di capire come funziona questo circuito.

diagramma dell'alimentazione del diodo resistore mediante diodo zener / valanga

Non capisco davvero come funziona il circuito, ma immagino che quando un carico viene applicato all'uscita, scarica la corrente dalla sorgente (Vin) e quindi fa scendere la tensione? In che modo il diodo zener aiuta a mantenere la tensione e quindi a far funzionare questo circuito come regolatore?

voltage-regulator diodes zener

— Dr. Watson
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Risposte:

Guarda la curva del diodo Zener. Vedrai che il dispositivo si rompe alla tensione di Zener quando è polarizzato al contrario e conduce. Tale proprietà fisserà la tensione di uscita alla tensione di rottura, su un intervallo di correnti di uscita, se utilizzata con un resistore, con variazioni di tensione relativamente piccole. Inoltre stabilizzerà l'uscita contro i cambiamenti nella tensione di ingresso.

A rigor di termini, i diodi Zener sono dispositivi a bassa tensione (fino a circa 5 V6). Quelli più alti hanno una diversa modalità di funzionamento e sono chiamati diodi a valanga. Tuttavia, entrambi i tipi sono comunemente indicati come Zeners.

— Leon Heller
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Grazie, per qualche motivo non ho visto il diodo come polarizzato al contrario, il mio errore. Quindi, quando V <Vz (guasto), non esiste alcuna regolazione, ma quando V == Vz (guasto), il diodo zener mantiene quindi la tensione di uscita a Vz (guasto)?

— Dr. Watson,

Sì, simile a un diodo ideale polarizzato in avanti con sorgente di tensione Vz sul catodo.

— Tyblu,

@Leon Heller Non ho capito la parte "variazioni di tensione relativamente piccole" ...... la tensione di ingresso dovrebbe essere sempre aumentata dopo che è stata raggiunta la corrente per la rottura di Zener?

— Hydrous Caperilla,

La rottura di Zener è causata dalla tensione, non dalla corrente.

— Leon Heller,

@LeonHeller Ci scusiamo per l'errore, quindi dobbiamo cambiare la tensione con un piccolo valore dopo che è stata raggiunta la tensione di rottura

— Hydrous Caperilla

$\Omega$ $V_{OUT}$ $I = \frac{10V - 5V}{100\Omega } = 50mA$ $\Omega$ $I_L = \frac{5V}{500\Omega} = 10mA$ $V_{OUT}$ $R_L$ $\Omega$ $R/R_L$ $V_{OUT}$ $V_{OUT}$
Finora per la regolazione del carico .

$\Omega$ $I = \frac{9V - 5V}{100\Omega } = 40mA$ , e quindi la corrente attraverso lo zener 30mA. Anche in questo caso la tensione di ingresso può diminuire fino al punto in cui allo zener è rimasta troppo poca corrente per funzionare correttamente. Il limite superiore della tensione di ingresso è determinato dalla corrente massima consentita attraverso zener e R.

Questo tipo di regolazione della tensione è molto semplice, ma non molto buona. La regolazione della linea è scadente , il che significa che la tensione di uscita varierà ancora leggermente quando la tensione di ingresso aumenta / diminuisce. Lo stesso vale per la regolazione del carico : la tensione di uscita varierà con carichi variabili. E rispetto al carico massimo c'è una perdita piuttosto grande nello zener, quindi non è molto efficiente . Un piccolo regolatore integrato come un LM78Lxx è sempre una scelta migliore.

— stevenvh
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Mi aspetto che un regolatore Zener possa essere vantaggioso nei casi in cui non c'è mai molto carico (ad es. 250uA max) ed è ok se la tensione di uscita varia molto, ma dove la tensione di uscita non deve superare un certo livello. Ad esempio, un paio di discreti resistori da 100 K in serie con tensione di linea AC120 rettificata passeranno una corrente media di poco più di un quarto di milliampere ma non dovrebbero avere problemi a resistere a 170 volt (ognuno vedrebbe una potenza di picco ben inferiore a 0,1 watt). I regolatori 78Lxx non possono sopportare nulla di simile ai loro ingressi.

— supercat