Diodo Zener

Caratteristiche

Il diodo zener è un diodo semiconduttore che sfrutta la polarizzazione inversa e la tensione di rottura (breakdown) come riferimento di tensione. La tensione di breakdown di un diodo zener è detta "tensione di zener". E' in pratica uno stabilizzatore di tensione. Possono avere valori di tensione di breakdown da 2 a 200 Volt. Per impiegarlo proficuamente non ci serve sapere altro.


Diodo zener da 5,1 Volt (il valore stampigliato sul vetro è 5V1)	Simbolo circuitale del diodo zener	Diodo zener da 9,1 Volt (il valore stampigliato sul vetro è 9V1)


Diodo zener da 8,2 Volt (il valore stampigliato sul vetro è 8V2)	Zener di potenza da 5w montato a vite su un dissipatore di alluminio in una apparecchiatura anni '70.	Zener di potenza da 5w montato a vite su un dissipatore di alluminio in una apparecchiatura digital (computer mainframe) anni '70.

Comportamenti di cui occorre essere a conoscenza in fase di progetto

Il diodo zener è sensibile alla temperatura. Per tensioni di zener inferiori di 5 Volt all'aumentare della temperatura la tensione diminuisce mentre tensioni di zener superiori di 6 Volt all'aumentare della temperatura la tensione di zener aumenta. Va da se che i diodi che hanno una tensione prossima a 5-6 Volt sono intrinsecamente più stabili. Di norma la tensione nominale è misurata a 25°C di temperatura. Alla ricerca della stabilità termica necessaria in alcune applicazioni è possibile mettere in serie vari tipi di zener con coefficienti di temperatura opposti in modo che le fluttuazioni di tensione si elidano. A questo scopo si possono anche utilizzare normali diodi in polarizzazione diretta messi in serie allo zener purché abbiano coefficiente termico opposto a quello dello zener. Il diodo zener durante il normale funzionamento genera calore in proporzione alla tensione e alla corrente che vi circola secondo la formula Wz=Vz*Iz dove Wz è la potenza dissipata, Vz la tensione di zener e Iz la corrente che lo attraversa.
I diodi zener sono componenti rumorosi, ovvero producono rumore bianco a largo spettro, quindi sempre meglio affiancarli ad un condensatore.
I diodi zener si possono collegare in serie per ottenere tensioni più elevate. La tensione risultante sarà la somma delle singole tensioni degli zener in serie. Non è ovviamente possibile collegarli in parallelo (per aumentare la corrente gestita) anche se hanno la stessa tensione nominale perché per effetto delle tolleranze uno dei due entrerà in conduzione prima dell'altro e ne funzionerà solo uno.

Impieghi classici e circuitazioni relative

Classico circuito generatore di tensione di riferimento con diodo zener. La resistenza R1 limita la corrente mentre il condensatore C1 elimina il rumore generato dal diodo zener. La tensione in uscita è uguale alla tensione di zener di Dz1. Ovviamente la tensione di batteria deve essere maggiore della tensione di zener.

Classico circuito generatore di tensione di riferimento. La resistenza R1 limita la corrente mentre il condensatore C1 elimina il rumore generato dai diodi zener. La tensione in uscita è uguale alla somma delle tensioni di zener di Dz1 e Dz2. Ovviamente la tensione di batteria deve essere maggiore alla somma delle tensioni di zener di Dz1 e Dz2. Questo circuito è un esempio di come si possono accoppiare in serie due o più diodi zener.


Generatore di tensione di riferimento bufferizzato con un transistor collegato ad inseguitore di emettitore. La tensione all'uscita è uguale alla tensione di zener di Dz1 meno la tensione di polarizzazione della giunzione BE del transistor Tr1.	Generatore di tensione di riferimento bufferizzato con due transistor collegati in configurazione darlington collegati in configurazione ad inseguitore di emettitore. La tensione all'uscita è uguale alla tensione di zener di Dz1 meno la somma delle tensioni di polarizzazione delle giunzioni BE dei transistor Tr1 e Tr2.

Schema Generatore di rumore bianco che impiega un diodo zener come generatore e due stadi a transistor come amplificatori di segnale.

Generatore di rumore bianco che impiega un diodo zener come generatore e due stadi a transistor come amplificatori di segnale. Un generatore del genere in funzione dei transistor impiegati può generare rumore bianco fino a frequenze di diverse centinaia di Mhz. Il suo impiego è nella taratura di filtri risonanti e test sulle radio.

Tosatore a diodi zener. Si tratta di un circuito atto a limitare la tensione all'ingresso di un circuito a scopo di protezione da sovratensione. I due diodi zener posti in antiserie operano una limitazione della tensione al valore di zener addizionato alla tensione di soglia diretta del diodo zener polarizzato direttamente. In numeri la tensione di picco in uscita è Vdz1+0,6V (oppure Vdz2+0,6). Quindi se Dz1 e Dz2 sono due zener da 8,1 V la tensione di picco che avremo all'uscita sarà di 8,1+0,6=8,7 Volt. E la tensione picco a picco sarà esattamente in doppio. Il tosatore può operare anche in modo asimmetrico impiegando due diodi zener con tensioni di zener differenti. Questo genere di circuito può, ad esempio, venire impiegato all'ingresso di un voltmetro per evitare che la tensione in ingresso ecceda quella misurabile a fondoscala.

Esempio di polarizzazione della griglia a potenziale fisso tramite diodi zener. I condensatori C4 e C5 potrebbero essere rimossi e servono per eliminare gli effetti della resistenza parassita degli zener e soprattutto per eliminare il rumore prodotto dagli zener.