bewijzen eigenschappen zenerdiode

kijk naar de grafiek en bekijk 2 punten van stromen.
bv100mA en 1A (als de grafiek zover gaat).
hoeveel is de spanning gestegen over de zener? dat is u DU en wordt bepaalt door de dynamische weerstand

Dus als je op die karakteristiek 2 willekeurige punten zou nemen?

Bv bij stroom I = 50mA en I2 = 100mA

U1 is dan 7,5V en U2 = 7,9V (Ruw genomen)

dus 0,4V gestegen dat is delta U en dit komt door de dynamische weerstand.

Als ik het goed begrijp

In sperzin heb je twee gebieden:

het gesperde gebied, daar is de dynamische weerstand hoog.

Het "zenergebied". daar wordt de dynamische weerstand weer laag, wat de bedoeling is. In dat gebied wordt ze als zenerdiode(=stabilisatie element) gebruikt. Das dus het interessante stuk.

edit : jouw voorbeeld : dU:dI = 0,4V:0,05A = 8 Ohm : das laag. doe de zelfde berekening in het vlakke stuk, dan kom je een veel hogere waarde uit.

[Bericht gewijzigd door kris van damme op vrijdag 11 januari 2019 10:29:54 (11%)

aaah ok nu is het al een stuk duidelijker

dank u

De titel lijkt op een schoolvraag.
Om dit ten volle te kunnen begrijpen is wat kennis over de werking van halfgeleiders nodig. Heb je die?

Een zenerdiode wordt steeds in sperzin gebruikt.
Deze diode is zo geconstrueerd dat hij bij een vooraf bepaalde spanning in geleiding komt.
Wat eigenlijk fysisch gebeurt is simpel verwoord het volgende:
Een siliciumkristal wordt aan de ene zijde extra veel gedopeerd met een stof met een overmaat aan elektronen, aan de andere zijde met een tekort.
Op de grens tussen beide vindt een uitwisseling van ladingsdragers plaats zodat hier een niet geleidende zone ontstaat. De energie benodigd om de elektronen van een voedingsbron doorgang te verlenen is zeer precies bepaald. Vergelijk het met een muurtje waarover je moet springen.
In principe zou de spanning over de zener dus altijd dezelfde moeten zijn, ongeacht hoeveel elektronen er over het muurke springen.
De dynamische weerstand zou dan nul zijn.
Maar het kristal zelf, en de aansluitdraadjes hebben zelf ook een geringe weerstand en er spelen nog wat effecten mee, zodat die eigenlijk niet nul is. Als er veel staan te drummen om over de muur te springen hinderen ze elkaar een beetje.

Bij een klassieke weerstand zul je zien dat de spanning lineair oploopt met de stroom. In karakteristiek zie je dan een schuine lijn die vanaf de oorsprong onder 45° omhoog loopt. De weerstand is hier in elk punt van de karakteristiek gelijk. ook de dynamische weerstand.

Bij een zener heb je het gebied waar de spanning kleiner is dan de zenerspanning. Daar heb je een zeer hoge dynamische weerstand, die bepaald wordt door de lekstroom.
De meeste elektronen geraken niet over het muurtje dus. Een steile curve.
Een klein aantal elektronen vindt een gaatje in de muur en kruipt daardoor. Men noemt dat het tunneleffect.

Eenmaal de spanning hoog genoeg om de elektronen over het muurtje te helpen, krijg je een bocht.
Dat betekent dat al heel wat elektronen erover raken, maar niet allen. Bij een nog hogere spanning nemen ze allemaal het muurtje en wordt de spanning veel minder afhankelijk van de stroom waardoor de curve veel vlakker wordt.
Dit is een gebied met lage dynamische weerstand. Dus als de stroom verdubbelt neemt de spanning slechts weinig toe.

De maximale stroom is begrensd door het vermogen dat de zener mag verwerken. Dit is een belangrijke parameter. Als de elektronen het muurtje over zijn wordt hun snelheid afgeremd en dit wekt warmte op. Bijvoorbeeld, een 6V2 zener van 400mW mag maximaal een stroom van 65mA voeren. Het is zaak die stroom zo te kiezen dat ie daar een stuk onder blijft en toch in het vlakke gedeelte blijft.
Door de lage dynamische weerstand is altijd een weerstand in serie nodig.
Verder is de temperatuurscoefficient belangrijk.
Onder invloed van de warmte verloopt de spanning een beetje.

Een zenerdiode werkt eigenlijk op 2 effecten. Bij lage spanningen overweegt het zenereffect, bij hogere domineert het lawine-effect.
Het zener effect zorgt voor een negatieve temperatuurscoefficient, het avalanche of lawine-effect een positieve.
De grens ligt ergens tussen 5 en 6V. Daar is de tempatuursafhankelijkheid zo goed als nul.
Voor een stabiele spanning is de waarde 5V6 dan ook vaak de beste keuze.

Op 11 januari 2019 09:56:01 schreef Pochettino:
de dynamische of zenerweerstand is klein omdat delta U klein is.
Dit begrijp ik niet 100% kan iemand dit eens uitleggen aub?

Weerstand is spanning gedeeld door bijbehorende stroom.

Dynamische weerstand is spanningsverandering gedeeld door de bijbehorende stroomverandering.

Dus hoe kleiner de spanningsverandering (bij dezelfde stroomverandering), hoe kleiner de dynamische weerstand.

@Jeever . van je blog komt volgende uitspraak:

"Uit het feit dat de dynamische weerstand van een zenerdiode niet nul is volgt een belangrijke conclusie. Wilt u de spanning over een zenerdiode echt constant houden, dan moet u er voor zorgen dat de stroom die door de diode vloeit ook constant is. "

Daar dacht ik bij, dan heb je geen zenerdiode meer nodig, een weerstand doet die job ook als ik er een constante stroom door jaag...

Beste Kris van Damme,

Als die weerstand belast wordt met iets, dan gaat dat iets een stroom trekken en dan blijft er van die stabiele spanning over de weerstand niets over.

Ja Jos dat geldt ook voor de zener. eens die belast wordt blijft de stroom niet constant.

ik wou maar zeggen dat je verwoording wat vreemd was. uiteraard stabiliseert een zener veel beter dan een weerstand.

De spanning varieert wel iets met de stroom maar goed ingesteld is dat niet veel.

Wat wil je gaan doen met die zener ? Hoeveel stroom en hoe stabiel moet hij zijn. Ik gebruik ze zelf eigenlijk alleen maar voor protectie. Als (niet te heftige)referentie of als shunt regelaar gebruik ik een TL432.

Je kunt de karakteristiek mbv een labvoeding, 2 weerstanden en een multimeter opmeten. De weerstanden om de verschillende stromen te maken De ene om de max stroom door de zener + load te limiteren De andere om de load stroom te simuleren. De meters voor de stroom en spanning.
Ik doe zoiets met een curvetracer

Op 11 januari 2019 16:09:42 schreef kris van damme:
@Jeever . van je blog komt volgende uitspraak:

"Uit het feit dat de dynamische weerstand van een zenerdiode niet nul is volgt een belangrijke conclusie. Wilt u de spanning over een zenerdiode echt constant houden, dan moet u er voor zorgen dat de stroom die door de diode vloeit ook constant is. "

Die uitspraak is nonsens. Klopt wel, maar het is een zinloos statement.
Zoals Kris Vandamme al zei, als de stroom constant blijft heb je helemaal geen zenerdiode nodig.
Het is net doordat de bronspanning niet constant is en daarmee eveneens de zenerstroom varieert dat de vlakke karakteristiek zijn nut bewijst. Ook als de belasting varieert verandert de stroom door de zener. Als alle parameters dezelfde blijven heeft stabilisatie geen nut, toch?

Kijk je hebt een mooie blog, waardevol voor beginners, maar het is nu ook niet echt een standaard leerboek. Daarvoor zitten er net iets te veel foutjes in.

Wat op zich niet zo erg is, want het is vaak heel moeilijk iets begrijpbaar uit te leggen en tegelijk volledig te zijn.

mijn reactie naar Jeever was opbouwend bedoelt.

In de classificatie van "stabilisatie" heb je gewoon RC afvlakking, referentiebatterij, een Zener maakt het alvast stukken beter stabiel en wil je het nog beter dan neem je een bandgap referentie.

Maar de bedoeling van een Zener was (is)stroom en spanningsschommelingen op te vangen. Als je al een constante stroom kan aanbieden heeft er al een referentie element voor gezeten, maar dus geen Zener. Zo kan een lezer het opvatten. kip en ei.

jeever heeft zijn post idd verwijderd.

Op 11 januari 2019 23:29:07 schreef kris van damme:
mijn reactie naar Jeever was opbouwend bedoelt.

Tuuurlijk. Dat is verplicht tegenwoordig.

Neemt niet weg dat de uitleg van Jeever verwart in plaats van duidelijkheid schept.
In hetzelfde thema heeft hij het er ook over dat je een defecte zenerdiode niet met een universele meter er kunt uithalen.
Volgens mij klopt dat ook al niet. Een Si (zener)diode die overbelast is, vertoont ofwel een onderbreking in beide richtingen doordat de bondingdraadjes zijn doorgesmolten.
Ofwel wordt de grenslaag door de hitte vernietigd doordat het P en N materiaal in elkaar diffunderen en dan vertoont de diode een lage Ohmse weerstand in beide richtingen. Een zener die plots aanzienlijk in spanningswaarde stijgt of daalt heb ik nog nooit van gehoord.
Of is op zn minst zeer zeldzaam.

Los daarvan heb ik zijn blog eens beter bekeken en ik moet zeggen dat ik echt versteld sta over de kwaliteit en de opbouw ervan.
Mijn uitspraak dat dit geen standaard werk is moet ik toch enigzins terugnemen.
Ik vind het een formidabele prestatie.

Het is ook logisch dat iemand die zo'n inspanning levert die ook wil laten door zoveel mogelijk mensen benutten.

Uiteraard is het niet netjes hier te posten met het doel publiciteit te maken voor zichzelf.
Met een aanhanger met reclame voor den ALdi op de parking van de Lidl staan doe je niet..

[Bericht gewijzigd door Anoniem op zaterdag 12 januari 2019 11:31:35 (12%)

Toch denk ik dat het bij zo'n uitgekauwd onderwerp als zenerdiode nuttiger is om een goede verwijzing te geven dan hier een lange uitleg (zoals de eerste van grotedikken) te geven.
Waar TS mee zit is m.i. niet waarom een zenerdiode zus en zo werkt, maar wat het begrip dynamische weerstand inhoudt. Bij Jeever en ook bij de reacties hier mis ik een beetje dat het gaat om relatief kleine veranderingen (officieel een limiet etc.) rond een instelpunt, en het kijken naar een raaklijn.

Op 12 januari 2019 11:45:56 schreef aobp11:
Toch denk ik dat het bij zo'n uitgekauwd onderwerp als zenerdiode nuttiger is om een goede verwijzing te geven dan hier een lange uitleg (zoals de eerste van grotedikken) te geven.

Daar heb je 100% gelijk in. Ik zal proberen me in 't vervolg wat bondiger uit te drukken.

Op 12 januari 2019 11:26:55 schreef grotedikken:
[...]
Tuuurlijk. Dat is verplicht tegenwoordig.

Los daarvan heb ik zijn blog eens beter bekeken en ik moet zeggen dat ik echt versteld sta over de kwaliteit en de opbouw ervan.
Mijn uitspraak dat dit geen standaard werk is moet ik toch enigzins terugnemen.
Ik vind het een formidabele prestatie.

.

ik had misschien ook een positieve noot moet toevoegen, vergeet dat wel eens.. Ik vond/vind de site ook zeer goed gedaan.

Op 11 januari 2019 11:14:32 schreef Frederick E. Terman:
[...]Weerstand is spanning gedeeld door bijbehorende stroom.

Dynamische weerstand is spanningsverandering gedeeld door de bijbehorende stroomverandering.

Dus hoe kleiner de spanningsverandering (bij dezelfde stroomverandering), hoe kleiner de dynamische weerstand.

Kijk naar de hoek die de lijn maakt, dat is de dynamische weerstand.

Op 12 januari 2019 14:35:48 schreef Hoeben:

Kijk naar de hoek die de lijn maakt, dat is de dynamische weerstand.

De hoek zelf niet, maar wel een goniometrische bewerking erop. kijk nu maar met een half oog, maar denk dat dynamische weerstand gelijk is aan 1/tgx . verbeter me

Op 12 januari 2019 14:44:05 schreef kris van damme:
[...]

De hoek zelf niet, maar wel een goniometrische bewerking erop. kijk nu maar met een half oog, maar denk dat dynamische weerstand gelijk is aan 1/tgx . verbeter me

Voor de dynamische weerstand kun je eigenlijk het beste differentiëren maar dan krijg je een formule. Voor een praktische berekening uit de grafieken:
Neem het stukje waarvan je de dynamische weerstand wil nemen. De verandering van U over dat stuk deel je door de verandering van I over dat stuk en dan heb je de R in dat stuk. Dat is de dynamische weerstand.

Dat noemen we de raaklijnmethode.
Vaste kost bij Natuurkunde Havo-Vwo.
R.

@grotedikken, bedankt voor je uitstekende uitleg over zenerdiodes.
R.

[Bericht gewijzigd door Sine op zondag 13 januari 2019 12:09:38 (0%)

@Hydrogen: Ach, sommigen vonden het een nodeloos uitgebreide uitleg over een uitgekauwd onderwerp Maar beginners hebben vaak nut bij niet al te theoretische uitleg op hun maat gesneden.

Zenerdiodes worden nog uitgebreid opgenomen in leerstof op school omdat ze een basiselement zijn. Maar losse zeners op zich zie je vooral in hobbyprojectjes.
Al 40 jaar bestaan er compacte goedkope geintegreerde schakelingen die rechtstreeks een stabiele én kortsluitvaste spanning leveren. Voorbeeld zijn de gekende 3 poters zoals de 78 en 79xx series. Uiteraard is de spanningsreferentie inwendig vaak op het zener/avalancheeffect gebaseerd.

Sinds enkele decennia is er echter een sterke opleving van het gebruik van zenerdiodes. Maar dan niet als spanningsreferentie.

Doordat steeds meer apparaten elektronisch werken is de kans dat ze elkaars goede werking verstoren drastisch toegenomen. Eén van de oorzaken zijn spanningspieken op de voeding en signaal lijnen.
Door de zenerspanning iets hoger te kiezen dan de werkspanning worden alle pieken weggewerkt zonder dat de voeding inzakt of kortgesloten wordt.
Uiteraard vergt dit een andere constructie van de zener/avalanchediodes. Die moeten zo gemaakt zijn dat ze geschikt zijn voor hoge kortstondige belasting.
Zo worden in elke auto 18 of 24V vermogenzeners geplaatst op de inkomende 12Vvoeding van de boordelektronica. Niet om de accu/generatorspanning te stabiliseren, maar om ongewenste spanningspieken af te vlakken die de circuits zouden kunnen beschadigen.

Oei, nu is mijn post ongewild weer aan de lange kant.