Misuriamo la tensione di un diodo Zener

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Esaminiamo alcune semplici metodologie per misurare la tensione inversa di funzionamento un diodo Zener, al fine di realizzare precisi stabilizzatori di tensione.

Il diodo Zener è uno speciale tipo di diodo che permette la conduzione inversa, quando la tensione che l'attraversa supera un certo valore di soglia. In questo caso si manifesta l'effetto valanga che, a differenza dei normali diodi, non danneggia il componente. In fabbrica è possibile produrre diodi Zener con effetto valanga programmato, in modo da conoscere esattamente la tensione di breakdown. Per questo motivo, i diodi Zener sono prevalentemente utilizzati per realizzare precisi regolatori di tensione. Un circuito di stabilizzazione costituito da un diodo Zener ha sempre la necessità di una resistenza, opportunamente calcolata, per limitare la corrente e non distruggere il diodo stesso.

 

 

I progettisti elettronici e gli hobbisti, nei loro magazzini colmi di componenti, hanno sempre tanti diodi zener. La loro grande varietà permette di catalogarli in base alla corrente massima sopportata e, soprattutto, al valore della tensione da stabilizzare.

E' proprio quest'ultimo parametro ad essere, il più delle volte, critico e difficilmente misurabile. Non sempre, infatti, il componente dispone di dati di targa idonei a risalire alle sue caratteristiche intrinseche.

Diodi Zener privi di indicazioni, cancellati, rovinati, sporchi o, più semplicemente sprovvisti di indicazioni, impediscono la corretta valutazione dei componenti e, quindi, del relativo utilizzo. Se i dati di targa sono stampigliati sul  corpo (tensione o modello) il problema non sussiste e l'identificazione non comporta problemi di sorta.

Vediamo dunque come, in maniera molto semplice, possiamo misurare la tensione di stabilizzazione di questi utili componenti eletronici, in assenza di qualunque indicazione.

Un semplice metodo è quello che prevede la misurazione del diodo attraverso una tensione variabile, che parta da zero e che arrivi, ad esempio, a 100V. Tale misura prevede un potenziometro, con il quale si può regolare la tensione, in modo continuo. Occorre sempre prestare attenzione al punto iniziale di essa, che deve risultare di zero volt. Il circuito prevede una resistenza di limitazione, per salvaguardare la vita del diodo ed anche una resistenza con funzione di carico.

La fonte di tensione variabile potrebbe essere rappresentata da un alimentatore con uscita modificabile, anche se i tipi più comuni non superano i 30 Volt.  Se è nostra intenzione misurare Zener con tensioni fino a 25 Volt, tale soluzione è comunque accettabile. Si deve collegare un tester, in posizione Volt, in parallelo allo Zener e alla resistenza di carico.

 

Con lo schema sopra adottato, si deve procedere in queso modo:

si colleghi il diodo Zener, di valore incognito, al circuito non ancora alimentato. Occorre prestare attenzione alla polarità, in modo che esso sia posizionato con il catodo verso le resistenze e l'anodo a massa. Si regoli quindi la tensione dell'alimentatore a zero Volt e si dia tensione al circuito.

Si aumenti, adesso, gradatamente e lentamente la tensione: il suo innalzamento sarà apprezzato sullo strumento di misura. Appena si nota un arresto nell'aumento della tensione, nonostante l'intervento sul potenziometro, occorre fermarsi subito ed annotare la tensione letta: è proprio questa la tensione nominale del diodo Zener.

E' importante la buona dissipazione delle resistenze che, sebbene utilizzate per pochi secondi, potrebbero essere attraversate da correnti significative, specialmente se la tensione di test supera i 40-50 Volt. La resistenza di carico R2 deve poter dissipare almeno 1 Watt mentre la resistenza R1 è meglio sceglierla di almeno 17 Watt. Il test non deve perdurare per molto tempo e non si deve assolutamente perseverare nell'innalzamento della tensione, se si nota un arresto nel suo aumento. Si rischia infatti di danneggiare il diodo Zener, ancor prima del suo utilizzo.

 

Un altro metodo, peraltro consigliato, prevede una differente strategia. Il funzionamento di quest'altro schema è completamente automatico. Basta infatti collegare lo Zener da misurare e dare alimentazione al circuito. Il tester collegato in uscira fornirà immediatamente la tensione del diodo, su un tester.

Questo circuito non fa uso di trasformatore ed è collegato direttamente alla rete domestica di 230V, per ottenere una tensione molto alta, al fine di misurare componenti con alti valori di breakdown. Occorre quindi prestare la massima attenzione sia nella costruzione che nel suo utilizzo.

Esaminiamo il principio di funzionamento di quest'altro schema elettrico. Per poter determinare anche alte tensioni di breakdown, occorre ovviamente disporre di un alto potenziale. Il modo più economico e semplice  è quello di usufruire della tensione casalinga di rete, anche se pericolosa. Essa è raddrizzata dal ponte di diodi, da almeno 400 Volt e livellata dal condensatore poliestere da 2,2 microfarad, da 630 VL. Si possono utilizzare anche più elementi in parallelo, in modo da aumentarne il valore capacitivo, l'importante è rispettare la tensione massima tollerabile.

La tensione continua ottenuta, con una percentuale di ripple davvero contenuta e ininfluente, è adesso inoltrata, tramite la resistenza di limitazione R1, ai capi del diodo Zener da misurare D1. Il secondo Zener D2, da almeno 100 Volt, serve esclusivamente da protezione, per evitare che il circuito raggiunga livelli di alimentazione preoccupanti, in assenza  di Zener incognito.

Il condensatore C1, sempre di tipo poliestere e con tensione massima di 630V, serve a livellare ulteriormente il segnale ma soprattutto a far innalzare il potenziale da misurare in modo graduale.

La resistenza R1, seppur di valore resistivo elevato, deve poter dissipare almeno 2 Watt.

Il condensatore C1, dunque, permette la dolce salita del potenziale sugli Zener, sebbene raggiunga il suo picco massimo in tempi rapidissimi.

Ricordiamo ancora una volta di prestare la massima attenzione e di non toccare il circuito in esame durante il suo funzionamento.

Le resistenze R3 e R4 servono a scaricare i condensatori durante il periodo in cui il circuito non è alimentato.

La misura della tensione del diodo Zener è visualizzata direttamente sul display del tester, collegato all'uscita del circuito.

 

Giovanni Di Maria

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  1. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 31 ottobre 2012

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