Κυκλώματα διόδου Zener, Χαρακτηριστικά, Υπολογισμοί

Οι δίοδοι Zener - πήραν το όνομά τους από τον εφευρέτη του Dr. Carl Zener χρησιμοποιούνται ουσιαστικά σε ηλεκτρονικά κυκλώματα για τη δημιουργία ακριβών αναφορών τάσης. Πρόκειται για συσκευές που μπορούν να δημιουργήσουν μια σχεδόν σταθερή τάση μεταξύ τους ανεξάρτητα από τις διακυμάνσεις των κυκλωμάτων και των καταστάσεων τάσης.

Εξωτερικά, μπορεί να βρείτε διόδους zener πολύ παρόμοιες με τις τυπικές διόδους όπως το 1N4148. Οι δίοδοι Zener λειτουργούν επίσης διορθώνοντας το AC σε παλλόμενο DC όπως και οι παραδοσιακές τους εναλλακτικές. Ωστόσο, σε αντίθεση με τις τυπικές διόδους ανορθωτή, οι δίοδοι zener διαμορφώνονται με την κάθοδο τους απευθείας συνδεδεμένη με το θετικό της τροφοδοσίας και την άνοδο με την αρνητική παροχή.

Χαρακτηριστικά

Στην τυπική του διαμόρφωση, οι δίοδοι Zener παρουσιάζουν υψηλή αντίσταση κάτω από μια συγκεκριμένη, κρίσιμη, τάση (γνωστή ως τάση Zerier). Όταν ξεπεραστεί αυτή η συγκεκριμένη κρίσιμη τάση, η ενεργή αντίσταση της διόδου Zener πέφτει σε εξαιρετικά χαμηλό επίπεδο.

Και σε αυτήν την τιμή χαμηλής αντίστασης, διατηρείται μια αποτελεσματική σταθερή τάση στα Zeners και αυτή η σταθερή τάση αναμένεται να διατηρηθεί ανεξάρτητα από οποιαδήποτε αλλαγή στο ρεύμα πηγής.

Με απλά λόγια, κάθε φορά που η παροχή σε όλη τη δίοδο zener υπερβαίνει την ονομαστική τιμή zener, η δίοδος zener διεξάγει και στηρίζει την υπερβολική τάση. Λόγω αυτού, η τάση πέφτει κάτω από την τάση zener που απενεργοποιεί το zener, και η τροφοδοσία προσπαθεί και πάλι να υπερβεί την τάση zener, ενεργοποιώντας ξανά το zener. Αυτός ο κύκλος επαναλαμβάνεται γρήγορα που τελικά οδηγεί στη σταθεροποίηση της εξόδου ακριβώς σε μια σταθερή τιμή τάσης zener.

Αυτό το χαρακτηριστικό επισημαίνεται γραφικά στο παρακάτω σχήμα που δείχνει ότι πάνω από την «τάση Zener» η αντίστροφη τάση συνεχίζει να είναι σχεδόν σταθερή ακόμη και με διακυμάνσεις στο αντίστροφο ρεύμα. Ως αποτέλεσμα, οι δίοδοι Zener χρησιμοποιούνται συχνά για τη λήψη σταθερής πτώσης τάσης, ή τάσης αναφοράς, με την εσωτερική τους αντίσταση.

Οι δίοδοι Zener έχουν σχεδιαστεί σε πολλές βαθμολογίες watt και με βαθμολογίες τάσης που κυμαίνονται από 2,7 Volt έως 200 Volts. (Ωστόσο, ως επί το πλείστον, οι δίοδοι Zener με τιμές πολύ πάνω από 30 Volt σχεδόν δεν χρησιμοποιούνται ποτέ.)

Βασικό κύκλωμα διόδου Zener

Ένα τυπικό κύκλωμα ρυθμιστή τάσης, χρησιμοποιώντας μία αντίσταση και μια δίοδο Zener, μπορεί να παρατηρηθεί στην ακόλουθη εικόνα. Εδώ, ας υποθέσουμε ότι η τιμή της διόδου Zener είναι 4,7 V και η τάση τροφοδοσίας V είναι 8,0 V.

Η βασική λειτουργία μιας διόδου zener μπορεί να εξηγηθεί με τα ακόλουθα σημεία:

Σε απουσία φορτίου κατά την έξοδο της δίοδος zener, φαίνεται ότι 4,7 Volts πέφτουν κατά μήκος της δίοδος Zener ενώ αναπτύσσεται αποκοπή 2,4 Volt σε όλη την αντίσταση R.

Τώρα, σε περίπτωση αλλαγής της τάσης εισόδου, ας φανταστούμε, από 8,0 έως 9,0 V, θα προκαλέσει την πτώση της τάσης στο Zener να διατηρήσει την ονομαστική τιμή 4,7 V.

Ωστόσο, η πτώση τάσης κατά μήκος της αντίστασης R μπορεί να παρατηρηθεί ότι αυξάνεται, από 2,4 V σε 3,4 V.

Η πτώση τάσης σε ένα ιδανικό Zener αναμένεται να είναι αρκετά σταθερή. Πρακτικά, μπορεί να διαπιστώσετε ότι η τάση στο zener αυξάνεται ελαφρώς λόγω της δυναμικής αντίστασης του Zener.

Η διαδικασία μέσω της οποίας υπολογίζεται η αλλαγή στην τάση Zener πολλαπλασιάζει τη δυναμική αντίσταση zener με την αλλαγή στο ρεύμα Zener.

Η αντίσταση R1, στον παραπάνω βασικό σχεδιασμό ρυθμιστή, συμβολίζει το προτιμώμενο φορτίο που μπορεί να συνδεθεί με το zener. Το R1 σε αυτήν τη σύνδεση θα τραβήξει συγκεκριμένο ποσό ρεύματος που κινείται μέσω του Zener.

Δεδομένου ότι το ρεύμα σε Rs θα είναι υψηλότερο από το ρεύμα που εισέρχεται στο φορτίο, μια ποσότητα ρεύματος θα συνεχίσει να περνά από το Zener επιτρέποντας μια τέλεια σταθερή τάση στο Zener και το φορτίο.

Η υποδεικνυόμενη αντίσταση σειράς Rs πρέπει να προσδιορίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε το χαμηλότερο ρεύμα που εισέρχεται στο Zener να είναι πάντα υψηλότερο από το ελάχιστο επίπεδο που καθορίζεται για μια σταθερή ρύθμιση από το zener. Αυτό το επίπεδο ξεκινά ακριβώς κάτω από το «γόνατο» της καμπύλης αντίστροφης τάσης / αντίστροφης ροής, όπως μάθαμε από το προηγούμενο γραφικό διάγραμμα παραπάνω.

Πρέπει επιπλέον να βεβαιωθείτε ότι η επιλογή Rs διασφαλίζει ότι το ρεύμα που διέρχεται από τη δίοδο Zener δεν υπερβαίνει ποτέ την ονομαστική του ισχύ: η οποία μπορεί να είναι ισοδύναμη με την τάση Zener x ρεύμα Zener. Είναι η υψηλότερη ποσότητα ρεύματος που μπορεί να διέλθει από τη δίοδο Zener απουσία του φορτίου R1.

Πώς να υπολογίσετε τις διόδους Zener

Ο σχεδιασμός ενός βασικού κυκλώματος zener είναι πραγματικά απλός και μπορεί να εφαρμοστεί με τις ακόλουθες οδηγίες:

1. Προσδιορίστε το μέγιστο και ελάχιστο ρεύμα φορτίου (Li), για παράδειγμα 10 mA και 0 mA.
2. Προσδιορίστε τη μέγιστη τάση τροφοδοσίας που μπορεί να αναπτυχθεί, για παράδειγμα επίπεδο 12 V, διασφαλίζοντας επίσης ότι η ελάχιστη τάση τροφοδοσίας είναι πάντα = 1,5 V + Vz (η βαθμολογία τάσης zener).
3. Όπως αναφέρεται στο βασικό σχεδιασμό ρυθμιστή, η απαιτούμενη τάση εξόδου που είναι η ισοδύναμη τάση Zener Vz = 4,7 Volt, και η επιλεγμένη το χαμηλότερο ρεύμα Zener είναι 100 microamps . Αυτό σημαίνει ότι το μέγιστο προβλεπόμενο ρεύμα Zener εδώ είναι 100 microamps συν 10 milliamps, που είναι 10,1 milliamps.
4. Η αντίσταση σειράς Rs πρέπει να επιτρέπει την ελάχιστη ποσότητα ρεύματος 10,1 mA ακόμη και όταν η παροχή εισόδου είναι το χαμηλότερο καθορισμένο επίπεδο, το οποίο είναι 1,5 V υψηλότερο από την επιλεγμένη τιμή zener Vz, και μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το νόμο Ohms ως: Rs = 1,5 / 10,1 x 10^-3= 148,5 Ωμ. Η πλησιέστερη τυπική τιμή φαίνεται να είναι 150 Ohm, οπότε Rs μπορεί να είναι 150 ohm.
5. Εάν η τάση τροφοδοσίας αυξηθεί στα 12 V, η πτώση τάσης σε Rs θα είναι Iz x Rs, όπου Iz = ρεύμα μέσω του zener. Επομένως, εφαρμόζοντας το νόμο του Ohm παίρνουμε Iz = 12 - 4,7 / 150 = 48,66 mA
6. Το παραπάνω είναι το μέγιστο ρεύμα που θα επιτρέπεται να διέρχεται από τη δίοδο zener. Με άλλα λόγια, το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να ρέει κατά τη διάρκεια του μέγιστου φορτίου εξόδου ή της μέγιστης καθορισμένης εισόδου τάσης τροφοδοσίας. Υπό αυτές τις συνθήκες, η δίοδος zener θα διαλύσει ισχύ Iz x Vz = 48,66 x 4,7 = 228 mW. Η πλησιέστερη τυπική τιμή ισχύος για την εκπλήρωση είναι 400 mW.

Επίδραση της θερμοκρασίας στις διόδους Zener

Μαζί με τις παραμέτρους τάσης και φορτίου, οι δίοδοι Zener είναι επίσης αρκετά ανθεκτικές σε μεταβολές θερμοκρασίας γύρω τους. Ωστόσο, σε μεγαλύτερο βαθμό η θερμοκρασία μπορεί να έχει κάποια επίδραση στη συσκευή, όπως φαίνεται στο παρακάτω γράφημα:

Δείχνει την καμπύλη συντελεστή θερμοκρασίας διόδου zener. Αν και σε υψηλότερες τάσεις η καμπύλη συντελεστή αποκρίνεται περίπου 0,1% ανά βαθμό Κελσίου, κινείται μέσω μηδέν στα 5 V και στη συνέχεια γίνεται αρνητική για τα χαμηλότερα επίπεδα τάσης. Τελικά φτάνει -0,04% ανά βαθμό Κελσίου σε περίπου 3,5 V.

Χρήση της διόδου Zener ως αισθητήρα θερμοκρασίας

Μία καλή χρήση της ευαισθησίας της διόδου Zener στην αλλαγή θερμοκρασίας είναι η εφαρμογή της συσκευής ως συσκευής αισθητήρα θερμοκρασίας όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα

Το διάγραμμα δείχνει ένα δίκτυο γέφυρας που έχει κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας ένα ζεύγος αντιστάσεων και ένα ζεύγος διόδων Zener που έχουν πανομοιότυπα χαρακτηριστικά. Μία από τις διόδους zener λειτουργεί σαν γεννήτρια τάσης αναφοράς, ενώ η άλλη δίοδος zener χρησιμοποιείται για την ανίχνευση των αλλαγών στα επίπεδα θερμοκρασίας.

Ένα πρότυπο 10 V Zener μπορεί να έχει συντελεστή θερμοκρασίας + 0,07% / ° C που μπορεί να αντιστοιχεί σε μεταβολή θερμοκρασίας 7 mV / ° C. Αυτό θα δημιουργήσει μια ανισορροπία περίπου 7 mV ανάμεσα στους δύο βραχίονες της γέφυρας για κάθε διακύμανση της θερμοκρασίας ενός βαθμού. Ένας μετρητής πλήρους FSD 50 mV μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην υποδεικνυόμενη θέση για την εμφάνιση των αντίστοιχων μετρήσεων θερμοκρασίας.

Προσαρμογή της τιμής διόδου Zener

Για κάποια εφαρμογή κυκλώματος μπορεί να είναι απαραίτητο να υπάρχει ακριβής τιμή zener που μπορεί να είναι μη τυπική τιμή ή τιμή που δεν είναι άμεσα διαθέσιμη.

Για τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να δημιουργηθεί μια σειρά διόδων zener που μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για τη λήψη της επιθυμητής προσαρμοσμένης τιμής διόδου zener, όπως φαίνεται παρακάτω:

Σε αυτό το παράδειγμα, πολλές προσαρμοσμένες, μη τυπικές τιμές zener θα μπορούσαν να αποκτηθούν στα διάφορα τερματικά, όπως περιγράφεται στην ακόλουθη λίστα:

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε άλλες τιμές στις υποδεικνυόμενες θέσεις για να λάβετε πολλά άλλα προσαρμοσμένα σύνολα εξόδου διόδου zener

Δίοδοι Zener με τροφοδοσία AC

Οι δίοδοι Zeners χρησιμοποιούνται συνήθως με αναλώσιμα DC, ωστόσο αυτές οι συσκευές μπορούν επίσης να σχεδιαστούν για να λειτουργούν με αναλώσιμα AC. Μερικές εφαρμογές AC των διόδων zener περιλαμβάνουν ήχο, κυκλώματα RF και άλλες μορφές συστημάτων ελέγχου AC.

Όπως φαίνεται στο παρακάτω παράδειγμα όταν χρησιμοποιείται τροφοδοσία AC με δίοδο zener, το zener θα μεταφέρεται αμέσως μόλις το σήμα AC περάσει από το μηδέν προς το αρνητικό μισό του κύκλου του. Επειδή, το σήμα είναι αρνητικό, επομένως το AC θα βραχυκυκλωθεί μέσω της ανόδου στην κάθοδο του zener, προκαλώντας την έξοδο 0 V.

Όταν η τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος κινείται στο θετικό μισό του κύκλου, το zener δεν μεταφέρεται έως ότου το AC ανεβεί στο επίπεδο τάσης zener. Όταν το σήμα AC διασχίζει την τάση zener, το zener πραγματοποιεί και σταθεροποιεί την έξοδο σε επίπεδο 4,7 V, έως ότου ο κύκλος AC πέσει ξανά στο μηδέν.

Θυμηθείτε, ενώ χρησιμοποιείτε το zener με είσοδο AC, βεβαιωθείτε ότι το Rs υπολογίζεται σύμφωνα με την τάση αιχμής AC.

Στο παραπάνω παράδειγμα, η έξοδος δεν είναι συμμετρική, αλλά παλλόμενη 4,7 V DC. Για να αποκτήσετε συμμετρικό 4,7 V AC στην έξοδο, δύο πλάτη με πλάτη zeners θα μπορούσαν να συνδεθούν όπως απεικονίζεται στο παρακάτω διάγραμμα

Καταστολή του θορύβου διόδου Zener

Αν και οι δίοδοι zener παρέχουν έναν γρήγορο και εύκολο τρόπο δημιουργίας σταθεροποιημένων εξόδων σταθερής τάσης, έχει ένα μειονέκτημα που μπορεί να επηρεάσει ευαίσθητα κυκλώματα ήχου, όπως ενισχυτές ισχύος.

Οι δίοδοι Zener παράγουν θόρυβο ενώ λειτουργούν λόγω του φαινομένου της χιονοστιβάδας διασταύρωσης κατά την εναλλαγή, που κυμαίνεται από 10 uV έως 1 mV. Αυτό μπορεί να κατασταλεί προσθέτοντας έναν πυκνωτή παράλληλα με τη δίοδο zener, όπως φαίνεται παρακάτω:

Η τιμή του πυκνωτή μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 0,01uF και 0,1uF, κάτι που επιτρέπει την καταστολή θορύβου με συντελεστή 10, και θα διατηρήσει την καλύτερη δυνατή σταθεροποίηση τάσης.

Το παρακάτω γράφημα δείχνει την επίδραση του πυκνωτή για τη μείωση του θορύβου διόδου zener.

Χρήση του Zener για φιλτράρισμα τάσης κυματισμού

Οι δίοδοι Zener μπορούν επίσης να εφαρμοστούν ως αποτελεσματικά φίλτρα τάσης κυματισμού, όπως και για τη σταθεροποίηση τάσης AC.

Λόγω της εξαιρετικά χαμηλής δυναμικής σύνθετης αντίστασης, οι δίοδοι zener είναι σε θέση να λειτουργούν σαν φίλτρο κυματισμού με τον ίδιο τρόπο όπως και ο πυκνωτής φίλτρου.

Πολύ εντυπωσιακό φιλτράρισμα κυματισμών μπορεί να επιτευχθεί συνδέοντας μια δίοδο Zener στο φορτίο, με οποιαδήποτε πηγή DC. Εδώ, η τάση πρέπει να είναι ίδια με το επίπεδο του κυματισμού.

Στις περισσότερες εφαρμογές κυκλώματος, αυτό μπορεί να λειτουργήσει εξίσου αποτελεσματικά με έναν τυπικό πυκνωτή εξομάλυνσης που έχει αρκετές χιλιάδες χωρητικότητα μικροφωράδων, με αποτέλεσμα μια σημαντική μείωση του επιπέδου της τάσης κυματισμού που υπερτίθεται στην έξοδο DC.

Πώς να αυξήσετε την ικανότητα χειρισμού ισχύος διόδου Zener

Ένας εύκολος τρόπος για να αυξήσετε την ικανότητα χειρισμού ισχύος διόδου zener είναι πιθανώς να τις συνδέσετε παράλληλα όπως φαίνεται παρακάτω:

Ωστόσο, πρακτικά αυτό μπορεί να μην είναι τόσο απλό όσο φαίνεται και να μην λειτουργεί όπως προορίζεται. Αυτό συμβαίνει επειδή όπως και κάθε άλλη συσκευή ημιαγωγών, τα zeners δεν έρχονται ποτέ με ακριβώς ίδια χαρακτηριστικά, επομένως ένα από τα zeners μπορεί να συμπεριφέρεται πριν από το άλλο να τραβήξει ολόκληρο το ρεύμα μέσω του εαυτού του, τελικά να καταστραφεί.

Ένας γρήγορος τρόπος αντιμετώπισης αυτού του προβλήματος μπορεί να είναι η προσθήκη αντιστάσεων σειρών χαμηλών τιμών με κάθε δίοδο zener όπως φαίνεται παρακάτω, η οποία θα επιτρέπει σε κάθε δίοδο zener να μοιράζεται το ρεύμα ομοιόμορφα μέσω αντισταθμιστικών πτώσεων τάσης που παράγονται από τις αντιστάσεις R1 και R2:

Αν και, η ικανότητα χειρισμού ισχύος μπορεί να αυξηθεί συνδέοντας παράλληλα τις δίοδους Zener, μια πολύ βελτιωμένη προσέγγιση μπορεί να είναι η προσθήκη μιας διακλάδωσης BJT σε συνδυασμό με μια δίοδο zener που έχει διαμορφωθεί ως πηγή αναφοράς. Δείτε το παρακάτω παράδειγμα σχηματικό για το ίδιο.

Η προσθήκη ενός τρανζίστορ διακλάδωσης όχι μόνο βελτιώνει την ικανότητα χειρισμού ισχύος zener κατά έναν συντελεστή 10, βελτιώνει περαιτέρω το επίπεδο ρύθμισης τάσης της εξόδου, το οποίο μπορεί να είναι τόσο υψηλό όσο το καθορισμένο κέρδος ρεύματος του τρανζίστορ.

Αυτός ο τύπος ρυθμιστή τρανζίστορ τρανζίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πειραματικούς σκοπούς, επειδή το κύκλωμα διαθέτει εγκατάσταση προστασίας από βραχυκύκλωμα 100%. Τούτου λεχθέντος, ο σχεδιασμός είναι μάλλον αναποτελεσματικός επειδή το τρανζίστορ μπορεί να διαλύσει σημαντική ποσότητα ρεύματος ελλείψει φορτίου.

Για ακόμη καλύτερα αποτελέσματα, α τρανζίστορ σειράς τύπος ρυθμιστή όπως φαίνεται παρακάτω φαίνεται καλύτερη επιλογή και προτιμότερη.

Σε αυτό το κύκλωμα, η δίοδος Zener δημιουργεί τάση αναφοράς για το τρανζίστορ διέλευσης σειράς, το οποίο ουσιαστικά λειτουργεί σαν οπαδός των εκπομπών . Ως αποτέλεσμα, η τάση του εκπομπού διατηρείται μεταξύ μερικών δέκατων ενός βολτ της τάσης βάσης τρανζίστορ, όπως δημιουργήθηκε από τη δίοδο Zener. Κατά συνέπεια, το τρανζίστορ λειτουργεί σαν στοιχείο σειράς και επιτρέπει τον αποτελεσματικό έλεγχο των μεταβολών τάσης τροφοδοσίας.

Ολόκληρο το ρεύμα φορτίου τρέχει τώρα μέσω αυτού του τρανζίστορ σειράς. Η ικανότητα χειρισμού ισχύος αυτού του τύπου διαμόρφωσης καθορίζεται πλήρως από την τιμή και τις προδιαγραφές των τρανζίστορ, και εξαρτάται επίσης από την αποδοτικότητα και την ποιότητα της ψύκτρας που χρησιμοποιείται.

Εξαιρετική ρύθμιση θα μπορούσε να επιτευχθεί από τον παραπάνω σχεδιασμό χρησιμοποιώντας μια αντίσταση σειράς 1k. Ο κανονισμός θα μπορούσε να αυξηθεί με συντελεστή 10 αντικαθιστώντας το κανονικό zener με ειδική δίοδο χαμηλού δυναμικού zener όπως το 1N1589).

Σε περίπτωση που θέλετε το παραπάνω κύκλωμα να παρέχει έξοδο ρυθμιζόμενης τάσης, θα μπορούσε εύκολα να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ποτενσιόμετρο 1Κ κατά μήκος της διόδου Zener. Αυτό επιτρέπει τη ρύθμιση μιας μεταβλητής τάσης αναφοράς στη βάση του τρανζίστορ της σειράς.

Ωστόσο, αυτή η τροποποίηση μπορεί να οδηγήσει σε χαμηλότερη απόδοση ρύθμισης λόγω κάποιου φαινομένου διακλάδωσης που δημιουργείται από το ποτενσιόμετρο.

Κύκλωμα διόδου σταθερού ρεύματος Zener

Μια απλή τροφοδοσία σταθερού ρεύματος που ρυθμίζεται από το Zener μπορεί να σχεδιαστεί μέσω ενός μόνο τρανζίστορ ως αντίστασης μεταβλητής σειράς. Το παρακάτω σχήμα δείχνει το βασικό διάγραμμα κυκλώματος.

Μπορείτε να δείτε εδώ ζευγάρια διόδων κυκλώματος, ένα μέσω της διόδου zener συνδεδεμένο σε σειρά με την αντίσταση πόλωσης, ενώ η άλλη διαδρομή είναι μέσω των αντιστάσεων R1, R2 και του τρανζίστορ της σειράς.

Σε περίπτωση που το ρεύμα αποκλίνει από το αρχικό του εύρος, δημιουργεί μια αναλογική αλλαγή στο επίπεδο πόλωσης του R3, το οποίο με τη σειρά του προκαλεί την αύξηση ή μείωση της αντίστασης των τρανζίστορ της σειράς.

Αυτή η ρύθμιση στην αντίσταση του τρανζίστορ οδηγεί σε αυτόματη διόρθωση του ρεύματος εξόδου στο επιθυμητό επίπεδο. Η ακρίβεια του τρέχοντος ελέγχου σε αυτό το σχέδιο θα είναι περίπου +/- 10% σε απόκριση σε συνθήκες εξόδου που μπορεί να κυμαίνονται μεταξύ βραχυκυκλώματος και φόρτωσης έως και 400 Ohm.

Διαδοχικό κύκλωμα εναλλαγής ρελέ χρησιμοποιώντας δίοδο Zener

Εάν έχετε μια εφαρμογή όπου ένα σύνολο ρελέ απαιτείται να εναλλάσσεται διαδοχικά το ένα μετά το άλλο στο διακόπτη τροφοδοσίας αντί να ενεργοποιείται όλα μαζί, τότε ο ακόλουθος σχεδιασμός μπορεί να αποδειχθεί πολύ βολικός.

Εδώ, διαδοχικά αυξανόμενες δίοδοι zener εγκαθίστανται σε σειρά με μια ομάδα ρελέ μαζί με μεμονωμένες αντιστάσεις σειράς χαμηλής αξίας. Όταν η τροφοδοσία είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΗ, οι δίοδοι zener οδηγούν το ένα μετά το άλλο σε σειρά με αυξανόμενη σειρά των τιμών zener τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ενεργοποίηση του ρελέ με τη σειρά που επιθυμείται από την εφαρμογή. Οι τιμές των αντιστάσεων μπορεί να είναι 10 ohms ή 20 ohms ανάλογα με την τιμή αντίστασης του πηνίου ρελέ.

Κύκλωμα διόδων Zener για προστασία από υπερβολική τάση

Λόγω του χαρακτηριστικού τους που είναι ευαίσθητο στην τάση, είναι δυνατό να συνδυαστούν οι δίοδοι Zener με το τρέχον ευαίσθητο χαρακτηριστικό των ασφαλειών για την προστασία κρίσιμων εξαρτημάτων κυκλώματος από υπερτάσεις υψηλής τάσης και επιπλέον να εξαλειφθεί η ταλαιπωρία της ασφάλειας από το να φυσάει συχνά, κάτι που μπορεί να συμβεί ειδικά όταν ο βαθμός ασφάλειας είναι πολύ κοντά στην τρέχουσα προδιαγραφή λειτουργίας του κυκλώματος.

Συνδέοντας μια σωστά βαθμολογημένη δίοδο Zener κατά μήκος του φορτίου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ασφάλεια η οποία έχει κατάλληλη βαθμολογία για να χειρίζεται το προβλεπόμενο ρεύμα φορτίου για παρατεταμένες περιόδους. Σε αυτήν την περίπτωση, ας υποθέσουμε ότι η τάση εισόδου αυξάνεται σε βαθμό που υπερβαίνει την τάση διακοπής Zener - θα αναγκάσει τη δίοδο Zener να πραγματοποιήσει. Αυτό θα προκαλέσει ξαφνική αύξηση του ρεύματος που φυσά την ασφάλεια σχεδόν στιγμιαία.

Το πλεονέκτημα αυτού του κυκλώματος είναι ότι αποτρέπει την ασφάλεια της φουσκώματος συχνά και απρόβλεπτα λόγω της στενής τιμής τήξης στο ρεύμα φορτίου. Αντίθετα, η ασφάλεια φυσάει μόνο όταν η τάση και το ρεύμα ανεβαίνουν πραγματικά πέρα ​​από ένα καθορισμένο μη ασφαλές επίπεδο.

Κύκλωμα προστασίας από την τάση χρησιμοποιώντας τη δίοδο Zener

Ένα ρελέ και μια κατάλληλα επιλεγμένη δίοδος zener είναι αρκετά για να δημιουργήσουν ένα ακριβές κύκλωμα προστασίας χαμηλής τάσης ή διακοπής τάσης για οποιαδήποτε επιθυμητή εφαρμογή. Το διάγραμμα κυκλώματος παρουσιάζεται παρακάτω:

Η λειτουργία είναι στην πραγματικότητα πολύ απλή, η τροφοδοσία Vin που αποκτάται από ένα δίκτυο γέφυρας μετασχηματιστή ποικίλλει ανάλογα ανάλογα με τις παραλλαγές AC εισόδου. Αυτό σημαίνει, αν υποθέσουμε ότι τα 220 V αντιστοιχούν στα 12 V από τον μετασχηματιστή, τότε τα 180 V πρέπει να αντιστοιχούν στα 9,81 V και ούτω καθεξής. Επομένως, εάν θεωρείται ότι το 180 V είναι το όριο αποκοπής χαμηλής τάσης, τότε η επιλογή της διόδου zener ως συσκευής 10 V θα διακόψει τη λειτουργία του ρελέ όποτε το AC εισόδου πέσει κάτω από 180 V.