Zener Diyot Nedir? Ne İşe Yarar?

Zener diyot nedir: P ve N tipi iki yarı iletkenin birleşmesinden oluşur. Silikon yapılı özel bir diyot çeşididir. Zener diyotun esas görevi uçlarına uygulanan gerilimi sabit tutmaktır.  

Zener diyot adını icat eden Clarence Zener’ den almıştır. 1934 yılında üretilmiştir. İlk devre görevi elektronik elemanları koruma olmuştur. Pasif bir eleman olarak anot ve katot uçlarına sahip olarak tanınmıştır. Ters polarma gerilimi altında sabit çıkış gerilimi veren gerilim regülasyonunda kullanılır. Bundan dolayı zener diyotlar çoğunlukla koruma amaçlı olarak ters bağlanır.

Zener Diyot İle Normal Diyot Arasındaki Fark

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. 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. V_z 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 Nasıl Çalışır? 

Diyota uygulanan gerilim belirli değere ulaştığında, ters yönde akım geçirmesi prensibine göre çalışır. Devrede ters polarma yapılacak şekilde kullanılır. Uçlarına uygulanan gerilim (V), değişse de zener gerilimi (V_z) daima sabit kalır. Bundan dolayı V giriş ≥ V_z olmalıdır. Eğer gerilim V_z ’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. 2 volttan 200 volt değerine kadar zener diyot üretilir. Belirli bir gerilime kadar akım geçirmeyen zener diyot, elektronik devre elemanlarının 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 diyot devreye ters yönde (polarmalı) bağlanır (kırılma gerilimine). Gerilim yavaş yavaş arttırılır. Diyottan geçen akımın belli bir gerilim değerine kadar az olduğu görülür. Gerilim değeri zener diyotun üst sınır noktasını aştığında geçen akımın aniden çok yüksek bir değere ulaştığı görülür.

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 durumuna döner.

Zener Diyot Karakteristik Eğrisi

Doğru polarma ve ters polarmada çalıştırılması durumunda elde edilen karakteristik eğrisi verilmiştir.

Zener diyotların çalışma voltajları 1-200Volt arasındadır. Örneğin; voltaj değeri 24 Volt olan bir zener diyot üzerine uygulanan ters gerilim 24 Volt olduğunda diyot akım geçirmez. Gerilim 24 Volt’ u aştığı zaman aniden iletken duruma geçerek, akım geçirmeye başlar.

Zener diyota paralel olarak bir voltmetre bağlanıp ölçüm yapılırsa, diyot üzerinde 24 Volt’ luk bir gerilim düşümünün olduğu görülür. Ters yönde çalışırken oluşacak 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. Zener diyotun ters yönde akım geçirmesi yarı iletken yapısından oluşur.

Uygulanan ters polarma da gerilim  büyüdükçe, serbest elektronlara verilen enerji artar. Çarpma etkisiyle de birçok elektron valans bandından iletkenlik bandına atlar. Bu da 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 olanlar vardır. Yapısında daha yüksek sıcaklık ve akım kapasitesi sebebi ile genel olarak silisyum kullanılır.

Zener Noktası Belirlenmesi

Zener noktası  belirlenmesi diyotun üretim aşamasına bağlıdır. Kullanılan katkı maddesine göre zener noktaları değişkenlik gösterebilir. Genel olarak zener gerilimleri ile bilinirler. 20Volt’ luk zener diyot, 20Volt zener gerilimine karşılık gelmektedir.

Zener Gerilimi 

Çalışma geriliminin belirlenmesinde, bir gerilim kaynağına seri olarak direnç ve zener diyot bağlanır. İki ucuna üzerine düşen gerilimi ölçmek için de voltmetre kullanılır. Kaynak gerilimi “0″ dan başlayarak yavaş yavaş arttırılır. Zener diyot üzerine düşen gerilim, voltmetre ile ölçülür. Bir süre sonra değer sabit kalır. İşte bu gerilim değeri  zener gerilimidir.

Zener diyotların ters polarma da 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 polarma da ise ters polarma gerilimi farklı bütün silisyum zener diyotlar 0,6–0,8 voltta iletime geçer. Sağlamlık kontrolü diğer diyotlar da 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(V_Z),
• Maksimum ters yön akımı(I_ZM),
• 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
• Ters yön kaçak akımı: 150µA (mikro amper)
• Maksimum çalışma sıcaklığı: 175°C.

Çalışma ortamı sıcaklığı arttıkça zener gerilim küçülür. Diyot firmaları tarafından üretilen zener diyot fiyatları da limit değerlerine göre değişir.

Zener Diyot Nasıl Ölçülür?

Ölçüm 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 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.

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 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

Örnek devre de 10 Volt’ luk zener bir devreye ters bağlanmıştır. 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 diyotu 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 regülatör de, 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 diyota 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.

Zener Diyotların Kodlanması

Zener diyotların üzerinde teknik özellikleri açıklayıcı çeşitli harf ve rakam kodlamalar bulunur.

Örneğin; BZY85C9V1 kodlu diyotun özellikleri şöyledir:

Tolerans değerini gösteren diğer harfler,

A: ± % 1. B: ± % 2. D: ± % 10.

85: Firmanın üretim numarasını belirtir.

B: Silisyumdan yapılmıştır.

Z: Zener diyottur.

Y: Doğrultmaç devrelerinde kullanılır.

C: Elemanın hata oranı ± % 5’dir.

9V1: Zener diyotun gerilim değeridir.

 

BENZER YAZILAR

Tünel Diyot

Kristal Diyot

Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot