Fortuna
Il prova zener.
       
 

 
 

Ho tanti diodi zener. Funzioneranno?

In Armageddon verranno gli angeli e separeranno i cattivi dai buoni, i cattivi li getteranno nella fornace ardente.....

Questo materiale prende spunto da un pdf che ho trovato in rete a questo URL Download documento originale


Antefatto sul problema

Circa un anno fa realizzai una piccola macchina (il TVRP) che mi ha permesso di disassemblare oltre un metro cubo di materiale elettronico che nel tempo avevo accumulato. Uno dei risultati e' stato un sacchetto con oltre 500 grammi di diodi zener, ma anche disponendo di un microscopio su USB avevo enorme difficlta' a leggere le sigle molto spesso del tutto o in gran parte cancellate.

I diodi zener disponibili sul mercato sono realizzati in base alla loro caduta di tensione, nei datasheet viene indicata anche la tolleranza che puo' variare dal 5% al 20%. Il circuito di test dei diodi zener realizzato consente di verificare la tensione di rottura indicata nei datasheet e di misurare il valore della tolleranza, o a trovare la vera tensione di rottura del diodo, o verificare se il diodo presenta difetti tali da renderlo inutilizzabile.

L'analisi dei diodi zener

Con questo apparecchio e' anche possibile controllare l'impedenza dinamica di un diodo zener che, come e' noto determina come il diodo regola la propria caduta di tensione tanto da renderlo affidabile o no, questo circuito puo' essere utilizzato per confrontare le caratteristiche e le impedenze dinamiche di diodi zener presenti in un sacchetto, classificarli e dividerli, da questo il concetto di Armageddon cioe' il posto dove verranno separati nel giudizio finale i buoni dai cattivi.

Per un test completo di un diodo zener si dovra' fare riferimento al data-sheet del produttore per controllare i parametri come la tensione di zener, la potenza, e le valutazioni della corrente massima e nominale.

Inoltre, anche il coefficiente di temperatura e l'impedenza dinamica devono essere verificati se diodo zener dovra' essere utilizzato per funzioni critiche come le tensione di riferimento per voltmetri digitali, sistemi di controllo o circuiti di alimentazione con tensioni molto precise.

Tuttavia, per un hobbista comune non e' necessario controllare i diodi zener in modo critico, ed e' sufficientee solo controllare la loro impedenza dinamica caratteristica.

L'impedenza dinamica implica valutare la variazione della tensione di un diodo zener in corrispondenza con la variazione della corrente.

L'impedenza dinamica e' espressa in ohm ed e' uguale alla piccola variazione tensione zener divisa per la corrispondente variazione nella corrente zener (centrata attorno al valore corrente di prova indicato nel data sheet da parte del produttore).

Dai datasheet si osserva che il valore della corrente di prova e' alto a bassa tensione dei diodi zener diodi e basso per una piu' alta tensione dei diodi zener. Tuttavia il valore della impedenza dinamica sara' basso per bassa tensione di zener dei diodi e viceversa per una alta tensione di zener dei diodi.

Per eseguire il test da 3,3 V a 120 V dei diodi zener con il metodo pratico dell'impedenza dinamica, e' necessario disporre di un alimentatore di tensione variabile da 0 a sopra i 120V e di corrente da 1 mA a 150 mA.

La progettazione di questo tipo di alimentazione e' piuttosto complicato ed e' possibile danneggire i diodi se la corrente in e' accidentalmente in eccesso.

Il circuito di prova di diodi zener presentato e' stato progettato considerando i fattori di cui sopra, ed e' in grado di provare diodi zener con tensioni di rottura fino a 120V e potenze nominali di 250 mW, 400 mW, 500 mW e 1W.

Due parole sull'alimentatore.

Due circuiti si dicono galvanicamente separati (o anche elettricamente separati) se tra i due circuiti non puo' circolare alcuna corrente continua, detta anche galvanica. Idealmente cio' si verifica se la resistenza di isolamento che li separa e' infinita, in pratica i due circuiti si considerano galvanicamente separati se tale resistenza e' superiore a 100 megaohm.

Tra i due circuiti, in tal caso, oltre alla continua e' impedita pure la circolazione di correnti di frequenza relativamente bassa, quale quella di rete e le sue armoniche più significative che sono tra le principali fonti di disturbo in ambiente industriale.

L'isolamento galvanico ha sia un obiettivo funzionale che di sicurezza. Dal punto di vista funzionale consente il funzionamento separato dei circuiti di misura e trasmissione dei segnali da quelli di acquisizione che possono in tal caso avere riferimenti di tensione indipendenti. E' in tal modo possibile evitare la formazione di anelli di massa che possono essere sedi di correnti di disturbo, nonché acquisire segnali di piccola intensita' sovrapposti ad elevate tensioni.

E' questo ad esempio il caso dell'acquisizione della temperatura degli avvolgimenti di un motore elettrico mediante termocoppia. La termocoppia produce un segnale differenziale di alcune decine di mV che puo' trovarsi sovrapposto alla tensione di 220 V che l'avvolgimento ha rispetto a terra e che risulta applicata an entrambi i conduttori della termocoppia (tensione di modo comune). L'isolamento galvanico effettuato mediande un amplificatore di isolamento (ISOAMP) permette di confinare la tensione di modo comune al solo circuito di ingresso e di trasferire al circuito di acquisizione il solo segnale differenziale corrispondente alla temperatura.

Dal punto di vista della sicurezza l'isolamento galvanico protegge circuiti e persone da eventuali differenze di potenziale elevate tra il circuito di ingresso e quello di uscita, che possono essere conseguenza di guasti, o sovratensioni di origine atmosferica sui circuiti di ingresso.

Nel nostro caso il circuito proposto fornisce un valore della corrente che non puo' superare i 20 mA senza ricorrere ad una progettazione molto sofisticate. e comunque fornisce una tensione sufficentemente stabile per il lavoro che mi sono proposto.

Due trasformatori riduttori comunemente disponibili (Xl e X2) con primario 230V e 9V 750 mA (circa) secondario sono collegati l'uno con l'altro come mostrato nella figura.

Un ponte raddrizzatore seguito da filtro condensatore C1 converte l'uscita dal trasformatore X2 in corrente continua. Il led LED2 indica la presenza della tensione DC piu' alta (220V circa) tra i capi del condensatore C1 che viene usata per testare diversi valori diodo zener da 3,3V a 120V.

Un vantaggio di utilizzare questo circuito ad alta tensione e' che la corrente viene limitata a un valore basso. Fornisce solo 3 mA (circa) durante il test diodi zener con valori più alti di rottura (ad esempio diodo zener a 120v), ma durante la prova di diodi zener con bassi valori di rottura, come 3,3 V, eroga una corrente di poco superiore a 20 mA.

Questa tensione di alimentazione soddisfa il mio fabbisogno, come dichiarato all'inizio. Poiché una piccola corrente viene utilizzata per il test di diodi zener, non c'e' pericolo che il diodo zener possa essere danneggiato durante la prova secondo il metodo della impedenza dinamica.

Il circuito che prova i diodi zener.

Il circuito di test puo' essere commutato per funzionare come test rapido e come test di qualita'. Nella modalita' di test rapido e' possibile eseguire un controllo grossolano dei diodi zener per una caduta di tensione fino a 47 volt. Nella modalita' di test qualita', e' possibile controllare l'impedenza caratteristica dinamica di diodi zener da 3.3V a l20V.

Prima di utilizzare il circuito, controllare la tensione contin ua tra i morsetti di prova A e B, senza collegare alcun diodo zener e poi commutare l'interruttore S2 sulla posizione di test veloce. DC tensione disponibile ai morsetti A e B sara' di circa 200V DC. Ora impostiamo lo switch passando alla possibilita' di test qualita'. La tensione continua puo' ora essere regolata da 6V DC a 200V DC (circa) con l'aiuto del potenziometro VR1.

Dopo questi controlli preliminari, il circuito e' pronto per il funzionamento. Per provare un diodo zener con il metodo rapido, collegare diodo zener tra i morsetti A e B e commutare l'interrruttore S1 sulla posizione `on '. Annotare la tensione continua nel multimetro digitale M2, che e' la tensione di rottura approssimata. Col il metodo rapido di prova e' possibile verificare in modo sicuro i valori di diodi zener fino a 47 volt. Per valori maggiori dei diodi zener si dovra' aumentare adeguatamente il valore del resistore R3.

Se il diodo zener presenta un corto, sul multimetro digitale M2 si leggera' 0 (zero) volt.

Per eseguire il test di qualita' sullo stesso diodo zener, mettere l'interruttore S1 su 'OFF' e togliere il diodo zener dai morsetti A e B. Ora accendere l'interruttore S1 'ON' e regolare il potenziometro VR1 per ottenere la tensione DC (sul multimetro digitale) attraverso i morsetti A eB sia uguale a quella trovata durante il metodo di prova rapido. Ora mantenere potenziometro VR2 in posizione intermedia e collegare diodo zener tra i terminali A e B. (Nota: Prima di testare diodi zener, consultare Tabelle I e II per la corrente minima (It nin) e massima di prova (It max) richiesto per vari valori diodo zener, a seconda della loro potenza di lavoro.)

la corrente di prova e' regolata con il potenziometro VR2 e misurato usando un tester M1 (Puo' essere utilizzato un milliamperometro analogico 0-25mA o un multimetro digitale 0-20 mA.)

Ora regolare il potenziometro VR2 e annotare variazioni di tensione zener durante la condizione di lt min e It max Se la corrente richiesta non e' disponibile, aumentare la tensione continua agendo adeguatamente sul potenziometro VR1. Mentre la corrente varia da lt min a lt max, la variazione di tensione attraverso diodo zener deve essere inferiore a un volt per diodi zener di basso valore e pochi volt per diodi zener di maggiore valore. A variazione di tensione superiore a questo valore indica che diodo zener non regola correttamente. Quando si confrontano diodi zener dello stesso valore, i zener che mostrano minore deviazione di tensione regoleranno meglio. =
TABELLA 1
Valori della corrente di test minima e massima
Diodo zener valori I t (min) I t (max)
Da 3,3 V a 4,3 V 10mA 15mA
4,7 V a 18V 5mA 10mA
20V a 39V 2mA 4mA
Nota. Sentenze diodo zener di potenza sono di 250 mW, 400 mW e 500 mW,
 
TABELLA 2
Valori della corrente di test minima e massima
Diodo zener valori I t (min) I t (max)
3,3 V a 12V 10mA 15mA
13V a 27V 5mA 10mA
30V a 43V 2mA 5mA
47V a 75V 1,5 mA 3mA
82V a 120V 1mA 2mA
Nota: La potenza del diodo zener e' di 1 watt.

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