Zener Diyot

Sayfa içindekiler

Zener Diyot nedir ?

Mutlaka inceleyin : Zener Diyot ve Karakteristiği
Zener diyot, ters polarma altında çalışan ve gerilim regülasyonunda kullanılan bir diyot çeşididir. PN birleşiminin terspolarma altındaki kırılma noktasından yararlanılarak geliştirilmiş özel diyotlardır. Zener diyotlar doğru polarma altında bir kristal diyot gibi (Germanyum 0.3V, Silisyum 0.7V) iletime geçer.

Ters polarma gerilimi altında sabit çıkış gerilimi veren gerilim regülasyonunda kullanılan diyotlardır. P ve N tipi iki yarı iletkenin birleşmesinden zener diyot meydana gelmiştir. Zener (zenner, gerilim sabitleyici, regüle) diyotun esas görevi uçlarına uygulanan gerilimi sabit tutmaktır. P ve N tipi yarı iletken malzemelerden meydana gelen zener diyot, silikon yapılıdır.

Zener diyot adını icat eden Clarence Zener’ den almıştır. Zener diyot ilk defa 1934 yılında üretilmiştir. İlk devre görevi elektronik elemanları koruma olmuştur.

Şekil : Zener diyodun (a) Sembolleri (b) Ters polarması (c) Karakteristiği

Normal diyotlara göre, zener diyotlar da kullanılan P ve N tipi yarı iletkenlerin “katkı madde” oranları doğrultmaç diyotlarından daha yüksektir. Diyot çeşitlerinden biri olan zener diyotlar belli bir gerilim değerine kadar akım geçirmezler. Zener diyoda uygulanan gerilim artıkça diyot büyük bir direnç gösterir ve mA seviyesinde akım geçirir. Gerilim belirli bir seviyeye gelince, aniden diyottan ters yönde akım geçmeye başlar. Bu gerilimin değerine zener gerilimi veya kırılma gerilimi denir. V_z ile tanımlanır. Gerilim artmaya devam edilirse akım da artar ancak zener uçlarındaki gerilim sabit kalır. Normal bir diyot ise ters polarma altında zener geriliminden sonra delinir.

Zener diyodunun tam eşdeğer devresi

Zener diyodunun tam eşdeğer devresi Şekilde gösterildiği gibi küçük bir dinamik dirençten ve zener potansiyeline eşit bir DC kaynaktan oluşur. Ancak, zener eşdeğer direnci kullanılan harici dirençlerden çok küçük olduğu için ihmal edilerek, uygulamalarda Şekil b`deki yaklaşık zener eşdeğer devresi kullanılacaktır.

Şekil : (a) Zener tam eşdeğer devresi (b) Zener yaklaşık eşdeğer devresi

Zener Diyot Çalışma Prensibi

Diyota uygulanan gerilimin belirli değere ulaşması durumunda, ters yönde akım geçirmesi prensibine göre zener diyot imalatı yapılır. Devrede ters polarma yapılacak şekilde kullanılır. Uçlarına uygulanan gerilim (V), değişse de zener gerilimi (Vz) daima sabit kalır. Bundan dolayı Vgiriş ≥ Vz olmalıdır. Eğer gerilim Vz’ye ulaşamazsa zener diyot akım geçirmez.
Zener diyotlar ters polarlamada çalıştıkları için devreye ters bağlanırlar. Kırılma (zener) noktası adı verilen voltaj düzeyine gelindiğinde ise aniden iletkenleşirler.
Zener noktası (kırılma gerilimi) değeri üretim aşamasında katkı maddesi miktarı ayarlanarak belirlenir. Üretici firmalar 2 volttan 200 volt değerine kadar zener diyot üretirler. Bu voltaj değeri üretim aşamasında katkı maddesi miktarına göre ayarlanır. Belirli bir gerilime kadar akım geçirmeyen zener diyot, elektronik devrelerde elemanların korumasında önemli rol oynar.
Zener diyotlar devreye doğru yönde (polarmalı) bağlandığında normal diyot gibi çalışır. Gerilim yavaş yavaş arttırıldığında diyottan geçen akımın arttığı görülür.

Zener Diyodun Doğru Polarmada Çalıştırlması

Zener diyot devreye ters yönde (polarmalı) bağlandığında (kırılma gerilimine) gerilim yavaş yavaş arttırıldığında diyottan geçen akımın belli bir gerilim değerine kadar az olduğu, gerilim değeri zener diyodun üst sınır noktasını aştığında geçen akımın aniden çok yüksek bir değere ulaştığı görülür.

Zener Diyodun Ters Polarmada Çalıştırılması

Zener gerilimi prensibiyle çalışır ve bağlı olduğu elemana elektriksel olarak koruma sağlar. Kırılma gerilimi aşıldığında ise akım geçirir ve iletime geçer. Ters gerilim kalkınca, zener diyot da normal haline döner. Zener diyotların doğru polarma ve ters polarmada çalıştırılması durumunda elde edilen karakteristik eğrisi verilmiştir.

Zener Diyot Karekteristik Eğrisi

Zener diyotların çalışma voltajları 1-200Volt arasındadır. Örnek olarak; voltaj değeri 24 Volt olan bir zener diyot üzerine uygulanan ters gerilim 24 Volt olduğunda diyot akım geçirmez. Gerilim 24 Volt’u aştığı zaman zener diyot aniden iletkenleşerek akım geçirmeye başlar. Bu sırada zener diyota paralel olarak bir voltmetre bağlanıp ölçüm yapılırsa, diyot üzerinde 24 Volt’luk bir gerilim düşümünün olduğu görülür. Zener diyot, ters yönde çalışırken meydana gelecek aşırı akımdan dolayı bozulur. Zener diyotlar düşük akımlı olduklarından bozulmaması için devresine her zaman seri koruyucu direnç bağlanır.
Zener diyotlar ters bağlandığında belli bir gerilimden sonra iletken olurlar. Bunun sebebi P-N maddeleri ters yönde polarma edildiğinde ters yönde küçük bir sızıntı akımı meydana gelir. Bu sızıntı akımı küçük oluğu için yok kabul edilebilir. Fakat, ters yönlü olarak uygulanan gerilim belli bir değeri aştığında diyot ters yönde iletime geçer. Diyotun ters yönde akım geçirmesi yarı iletken yapısından oluşur.
Zener diyota uygulanan ters polarma da gerilim büyüdükçe, serbest elektronlara verilen enerji artar. Bu elektronların çarpma etkisiyle de birçok elektron valans bandından iletkenlik bandına atlayarak geçen akımın artmasına sebep olur.

Zener Diyot Özellikleri

Zener bölgesinin özelliği katkılama oranının değiştirilerek ayarlanmasıdır. Katkılama oranında artış yapılırsa zener potansiyeli düşer. Zener potansiyeli 2,4 Volt arasında bulunan ve 0,5Watt ile 50Watt arasında değişen güç değerine sahip olan zener diyot üretimi yapılır. Zener diyotların yapısında daha yüksek sıcaklık ve akım kapasitesi sebebi ile genel olarak silisyum kullanılır.
Çalışma ortamı sıcaklığı arttıkça zener gerilimi küçülür. Zener diyotlar uçlarındaki gerilimi sabit tutma özelliklerinden dolayı genel olarak regüle devrelerinde kullanılır. Zener diyotlar doğru polarlamalandırılırsa normal diyot gibi çalışır.
Zener noktası belirlenmesi diyotun üretim aşamasına bağlıdır. Diyot üretimi sırasında kullanılan katkı maddesine göre zener noktaları değişkenlik gösterebilir. Zener diyotlar genel olarak zener gerilimleri ile bilinirler. 20Volt’luk zener diyot, 20Volt zener gerilimine karşılık gelmektedir.
— Doğru polarmalı halde normal bir diyot gibi çalışır .
— Ters polarmalı halde, belirli bir gerilimden sonra iletime geçer. Bu gerilime zener dizi gerilimi, veya daha kısa olarak zener gerilimi denir
— Ters gerilim kalkınca, zener diyotta normal haline döner.
— Devrelerde, ters yönde çalışacak şekilde kullanılır.
— Bir zener diyot zener gerilimi ile anılır.
Örn: “30V ‘luk zener” denildiğinde, 30V ‘luk ters gerilimde çalışmaya başlayan zener diyot demektir.
— Silikon yapılıdır.
Zener diyot, ters yön çalışması sırasında oluşacak olan aşırı akımdan dolayı bozulabilir. Bu durumu önlemek için devresine daima seri bir koruyucu direnç bağlanır

Zener Gerilimi Çalışma Geriliminin Belirlenmesi

Zener diyodun çalışma geriliminin belirlenmesinde, bir gerilim kaynağına seri olarak direnç ve zener diyot bağlanır. Zener diyodun iki ucuna üzerine düşen gerilimi ölçmek için de voltmetre kullanılır. Kaynak gerilimi 0’dan başlayarak yavaş yavaş arttırılır. Kaynak gerilimi arttırılmasına karşın diyot üzerine düşen gerilim, voltmetre ile ölçülür. Bir süre sonra değer sabit kalır. Bu sabit gerilim çalışma (zener) gerilimidir.
Zener diyotların ters polarmada iletime geçme gerilimleri değişik olarak imal edilir. (3V, 4.3V, 5.1V, 6.2V, 7.5V, 9.1V, 12V vs.).Ters polarma gerilimi üzerinde yazan gerilime geldiğinde iletime geçer. Düz polarmada ise ters polarma gerilimi farklı bütün silisyum zener diyotlar 0,6–0,8 voltta iletime geçer. Sağlamlık kontrolü diğer diyotlarda olduğu gibi ohmmetre ile yapılır.

Zener Diyot Katalog Bilgileri

Zener diyot uygulamalarında zener gerilim, katalog bilgisi olarak verilir. Yalnız bozulma veya değişim gibi durumlarda belirtilen yöntem uygulanır.

Zener Diyot Kataloğunda Verilen Bilgiler

Gücü
Ters yön gerilimi(V_Z),
Maksimum ters yön akımı(I_ZM),
Ters yöndeki maksimum kaçak akımı,
Maksimum direnci
Sıcaklık sabiti.

Üretilen Zener Diyotların Özellikleri

Maksimum zener akımı (IZM): 12A
Zener gerilimi (VZ): 2 – 200V arası
Maksimum gücü: 100Watt
Maksimum ters yön kaçak akımı: 150µA (mikro amper)
Maksimum çalışma sıcaklığı: 175°C.

Çalışma ortamı sıcaklığı arttıkça zener gerilim küçülür. Zener diyot firmaları tarafından üretilen zener diyot fiyatları da limit değerlerine göre değişir.
Aşağıdaki tabloda 500mW ve % 20 ile tanımlanan 1N961 zener diyoduna ait elektriksel karakteristikler verilmiştir.

Elektriksel karakteristikler (Aksi belirtilmedikçe 25°C ortam sıcaklığında)
Bu karakteristik değerleri şekil üzerinde gösterecek olursak aşağıdaki zener karakteristiği elde edilir.

Zener test karakteristiği (1N961)

Zener Diyot Nasıl Ölçülür?

Zener diyot ölçümü yaparken; zener diyotun çalışıp çalışmadığı ve kırılma gerilimi şekildeki bağlantı ile öğrenilebilir. Aşağıdaki devreye 9 voltluk zener bağlanmıştır. Zener diyot uygulamalarında, uygulanan gerilimin 9Volt olma koşulu yoktur. Ancak zener diyodun kırılma geriliminden büyük bir gerilim uygulanmaz. Zenerin üzerinden 5-20 mili amper (mA) arasında bir akım geçecek şekilde bir değerde direnç seçilebilir. 12 volt gerilim uygulandığında zener diyottan bir akım geçer. Geçen akım R direncinde 3 voltluk bir gerilim düşümü meydana getirir. 12 volt besleme gerilimin 3 voltu direnç üzerinde düşerken 9 voltu zener diyot uçlarındadır.

Zener Diyodun Devreye Bağlanması
Diyot şekildeki gibi bağlanıp gerilimini ölçüldüğünde 2.4Volt, 3Volt, 6Volt gibi bir değer okunmalıdır. Bu değer diyotun kırılma gerilim değeridir. Diyot ileri yönde bağlarsanız üzerindeki gerilim 0.7 V civarında olacaktır.

Zener Diyot Sağlamlık Kontrolü

Diyotun sağlamlık testinin avometre ile yapılması;

Zener Diyot Sağlamlık Kontrolü
Zener diyot sağlamlık kontrolü yapılırken sağlam olup olmadığını test etmek için normal diyotta olduğu gibi avometrenin buzer kademesinde düz polarma yapılır.

İlk önce avometre diyot moduna alınır.
Avometrenin probları diyotun iki bacağına temas ettirilir.
Daha sonra problar ters şekilde diyotun bacaklarına temas ettirilir.
Her iki durumda da büyük yada her iki durumda da küçük değer okunursa diyot bozuktur.
Eğer bir durumda büyük, diğer durumda küçük değer okunursa diyot sağlamdır.

Örnek Zener Diyot Devresi

Örnek devre de 10 Volt’ luk zener bir devreye ters bağlanmış ve 10Volt’ tan sonraki kısım direnç üzerinde durmuştur.

Zener Diyot Kullanım Alanları

Sabit bir referans gerilim sağlamak için veya koruma amacı ile uygulama alanı bulan zener diyot, birçok elektronik devrede kullanılır. Bundan dolayı gerilim sabitleme, sinyal kırpma, (sinyal azaltma) elektronik eleman koruma görevlerini üstlenen birçok devrede zener diyot vardır. Piyasada değişik gerilim değerlerine sahip zener diyot çeşitleri bulunur. Zener diyodu yüksek akıma karşı korumak için direnç ile seri bağlanır.

1 – Kırpma Devresinde

Şekil ‘de görüldüğü gibi iki zener diyot ters bağlandığında basit ve etkili bir kırpma devresi elde edilir.
Örneğin:
Devre girişine tepe değeri 10V olan bir AC gerilim uygulansın ve kırpma işlemi için, zener gerilimi 5V olan iki Z₁, Z₂ zener diyodu kullanılsın.

Şekil : İki zener diyotlu tam dalga kırpma devresi
AC gerilimin pozitif alternansı başlangıcında Z₁ zeneri doğru polarmalı ve iletimde, Z₂zeneri ise ters polarmalı ve kesimde olacaktır.
Giriş gerilimi +5V ‘a ulaştığında Z₂ ‘de iletime geçer ve dolayısıyla da çıkış uçları arasında +5V oluşur. Keza, R direnci üzerindeki gerilim düşümü de 5V ‘tur.
AC gerilimin diğer alternansında da Z₁ ters polarmalı hale gelir ve bu defa da çıkışta tepesi kırpılmış
5V ‘luk negatif alternans oluşur.
R direnci, devreden akacak akımın Zener diyotları bozmayacak bir değerde kalmasını sağlayacak ve
5V ‘luk gerilim düşümü oluşturacak şekilde seçilmiştir.

2 – Zener Diyot Gerilim Regülatörü Olarak Kullanılması

Zener diyottan, çoğunlukla, DC devrelerdeki gerilim regülasyonu için yararlanılmaktadır. Buradaki regülasyondan amaç, gerilimin belirli bir değerde sabit tutulmasıdır.
Bunun için zener diyot, şekil 3.16 ‘da görüldüğü gibi, gerilimi sabit tutmak istenen devre veya yük direncine paralel ve ters polarmalı olarak bağlanır.
Diyot uçlarına gelen gerilim, zener değerine ulaştığında diyot iletime geçer ve uçları arasındaki gerilim sabit kalır.
Örnek:
Şekil de verilmiş olan devrede R_L yük direnci uçları arasındaki V_Lgerilimi 6.2V ‘ta sabit tutulmak istensin.
Bunu sağlamak için, şekilde görüldüğü gibi R_L ‘e paralel bağlı zener diyodun ve seri bağlı bir R_S direncinin seçimi gerekir.
Ayrıca, bir de C kondansatörünün paralel bağlanmasında yarar vardır. Bu kondansatör, gerilim dalgalanmalarını ve başka devrelerden gelebilecek parazit gerilimlerini önleyici görev yapar. Değeri, devre geriliminin büyüklüğüne göre, hesaplanır. Şekildeki bir devre için 30V – 1000µF ‘lık bir kondansatör uygundur.
Burada birinci derecede önemli olan, R_S direnci ile zener diyodun seçimidir.

Şekil : Zener diyodun gerilim regülatörü olarak kullanılması
Seri R_S direncinin seçimi:
Önce R_S direncine karar vermek gerekir;
Kaynak gerilimi: E=V=9V
Yük direnci ve uçları arasındaki gerilim: R_L=33 Ohm, V_L=6.2V
Bu durumda, zener diyot dikkate alınmadan, V_L=6.2V ‘u oluşturabilmek için kaç ohm ‘luk bir R_S direncinin gerektiği hesaplanmalıdır.
E=I_L*R_S+V_L ve I_L=V_L/R_L ‘dir.
Birinci formüldeki I_L yerine, ikinci formüldeki eşitini yazıp, değerler yerine konulursa :
9=6,2/33*R_S+6,2 olur.
Buradan R_S çözülürse:
R_S=(9-6,2)33/6,2 ‘den, R_S=14.9 = 15 (ohm) olarak bulunur.
RS=15 Ohm ‘luk direnç bağlandığında, “E” gerilimi 9V ‘ta sabit kaldığı sürece R_L yük direnci uçları arasında sürekli olarak 6.2V oluşacaktır.
“E” geriliminin büyümesi halinde, A-B noktaları arasındaki VA-B gerilimi de 6.2V ‘u aşacağından, 6.2V ‘luk bir ZENER diyot kullanıldığında, R_L uçları arasındaki gerilim sabit kalacaktır. Ancak, yalnızca gerilime göre karar vermek yeterli değildir.
Bu durumda nasıl bir zener diyot kullanılmalıdır?

Zener Diyot Seçimi

Zener gerilimi 6.2V olan bir zener diyot R_L direncine paralel bağlandığında V_L=6.2V ‘ta sabit kalır.
Ancak, E giriş geriliminin büyümesi sırasında zener diyottan akacak olan akımın, diyodun dayanabileceği “maksimum ters yön zener akımından” (I_ZM) büyük olması gerekir. Zener diyot buna göre seçilmelidir.
6.2V ‘luk olup ta değişik I_ZM akımlı olan zener diyotlar vardır.
Örnek:
Aşağıdaki tabloda, bir firma tarafından üretilen, 6.2V ‘luk zenerlere ait I_ZMakımı ve güç değerleri verilmiştir.

Zener Maksimum akımı (I_ZM) (mA)	33	60	146	1460	7300
Zener Gücü (W)	0.25	0.4	1	10	50

Bu zenerler den hangisinin seçileceğine karar vermeden önce yük direncinden geçecek akımı bilmek gerekir:

Şekildeki devrenin yük direncinden geçen akım aşağıdaki gibi olur.
I_L=V_L/R_L = 6.2/33 = 0.188A = 188mA
E geriliminin büyümesi halinde oluşacak devre akımının 188mA ‘in üstündeki miktarı zener diyottan akacaktır.
Örneğin:
E geriliminin ulaştığı maksimum gerilim; E = 12.2V olsun.
Zener diyottan geçecek olan akımın değeri şu olacaktır:
Kirchoff kanununa göre:
12.2 = I_t*R_S+6.2 (I_t devreden akan toplam akımdır.)
R_S = 15 yerine konarak I_t çözülürse;
I_t = 1.22-6.2/15 = 6/15 ‘den I_t = 0,4A = 400mA olur.
Bu 400mA ‘den 188mA ‘i R_L yük direncinden geçeceğine göre;
Zener diyottan geçecek olan I_Z akımı: I_Z = 400-188 = 212mA ‘dir.
Bu değer, yukarıdaki tabloya göre:
10W ‘lık zenerin maksimum akımı olan 1460mA ‘den küçük, 1W ‘lık zenerin maksimum akımı olan 146mA ‘den büyüktür.
Böyle bir durumda 10W ‘lık zener kullanılacaktır.
Aslında, 212mA ‘lik zener için 1460mA ‘lik zener kullanmakta doğru değildir. Daha uygun bir zener seçimi için başka üretici listelerine de bakmak gerekir.

1 – Ölçü Aletlerinin Korunmasında Zener Diyot

Döner çerçeveli ölçü aletlerinin korunmasında, zener diyot şekildeki gibi paralel bağlanır. Bu halde zener gerilimi, voltmetre skalasının son değerine eşittir. Ölçülen gerilim zener gerilimini aşınca diyot ters yönde iletken hale geçerek ölçü aletinin zarar görmesini engeller. Ayar olanağı sağlamak için birde potansiyometre kullanılabilir.
Şekil Döner çerçeveli ölçü aletinin zener diyot ile korunması

2 – Rölenin Belirli Bir Gerilimde Çalıştırılmasında Zener Diyot

Şekil ‘deki gibi zener diyot, röleye seri ve ters yönde bağlanmıştır. Röle, ancak uygulanan gerilimin, Zener gerilimi ile röle üzerinde oluşacak gerilim düşümü toplamını aşmasından sonra çalışmaktadır.

Şekil Ancak zener gerilimi üstünde çalışabilen röle devresi

PN eklem diyotu ile Zener diyot arasındaki farklar

Parametre	PN Bağlantı Diyotu	Zener Diyot
Tanım	Bir p tipi yarı iletken ile bir n tipi yarı iletkenin alaşımlama yoluyla birleştirilmesiyle oluşturulan iki uçlu yarı iletken cihaza PN eklem diyotu denir.	Zener diyot, kırılma bölgesinde çalışmak üzere optimize edilmiş özel bir iki uçlu yarı iletken cihaz türüdür.
p tipi ve n tipi yarı iletkenlerin katkılama seviyesi	PN eklem diyotunun yapımında kullanılan p tipi ve n tipi yarı iletkenlerin katkılama seviyesi düşüktür.	Yüksek oranda katkılanmış p tipi ve n tipi yarı iletkenler Zener diyot yapımında kullanılır.
Tükenme tabakasının genişliği	PN eklem diyotunun düşük doping seviyesine sahip olması nedeniyle, tükenme tabakasının genişliği daha fazladır.	Zener diyot yüksek oranda katkılıdır, bu nedenle tükenme bölgesi dardır.
Ters akımın etkisi	Yüksek ters akım, PN bağlantılı diyota zarar verebilir.	Zener diyot ters akımdan zarar görmez.
Arıza gerilimi	PN bağlantılı diyot durumunda, kırılma gerilimi yüksektir.	Zener diyotun kırılma gerilimi nispeten daha düşüktür.
Önyargı koşulu	PN eklem diyotu yalnızca ileri yönlü polarizasyonda çalışacak şekilde tasarlanmıştır, yani akım anottan katoda doğru akar.	Zener diyot esas olarak ters kutuplama koşullarında çalışmak üzere tasarlanmıştır.
Ohm yasası	PN eklemi Ohm yasasına uyar.	Zener diyot, Ohm yasasına uymaz.
Üretim malzemeleri	PN eklem diyotları genellikle silikon ve germanyumdan yapılır. Silikon yaygın olarak kullanılır.	Zener diyotunun yapımında kullanılan malzeme, gerekli gerilime göre seçilir.
Akım akışı	PN eklem diyotunda akım yalnızca tek yönde (veya ileri yönde) akar.	Zener diyotlarda akım her iki yönde de akabilir.
İleri ve geri yönlü önyargıda davranın	İleri yönde kutuplandığında ideal bir PN eklem diyotu kapalı bir anahtar gibi davranırken, ters yönde kutuplandığında açık bir anahtar gibi davranır, yani iletim yapmaz.	Zener diyot, ileri kutuplama durumunda normal bir PN eklem diyotu gibi davranır, ancak ters kutuplama durumunda da iletim yapar.
Başvuru	PN eklem diyotu, doğrultma, kenetleme, kırpma vb. uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.	Zener diyot, elektronik cihazlarda ve devrelerde esas olarak voltaj regülatörü (veya dengeleyici) olarak kullanılır.

Sonuç olarak, PN eklem diyotu ile Zener diyot arasındaki temel fark, PN eklem diyotunun elektrik akımının yalnızca tek yönde (veya ileri yönde) geçmesine izin vermesi, Zener diyotunun ise elektrik akımının hem ileri hem de geri yönde akmasına izin vermesidir.

Basit bir Zener regülatör devresini inceleyelim

Üzerinden geçen voltajın sabitlenmesine yarayan bir diottur. Mesela 5,6V değerinde bir zenere 10V girerse çıkışta 5,6V oluşur. Fazla voltajı geçirmez…
Tek bir Zener diyotlu ile yapılan regülatörler fazla güç istemeyen devrelerde rahatlıkla kullanılabilir. Eğer devremiz fazla güç istiyorsa o zaman zener başına tek başına kullanılmaz. Bir regülatör devresinin referansı olarak kullanılır.

Vi kaynak gerilimi Vz zener geriliminden büyük olmalıdır. Vi değeri yaklaşık olarak Vz değerinden 1,2 yada 1,4 katı büyük olması yeterlidir. Zener üzerinden geçen Iz akım küçük zenerler için 10-20mA civarındadır. Daha doğru bir değer bulmak için mutlaka kataloga bakmak gereklidir. Burada zener üzerindeki voltaj ya zener üzerinden doğrudan okunur yada katalogdan bakılır. Örneğin BZX79C9V1 9,1V luk zener diyot olup doğrudan diyot üzerinden okunabilir. 1N960 diyoduda 9,1 voltluk zener diyot olup, zener voltaj değeri katalogtan bakılarak anlaşılır.
Yukarıdaki devremizde bilinmesi gereken nokta Rs direncinin nasıl bulunduğudur. Rs=(Vz-Vi)/Iz formülü ile bulabiliriz. Iz değeri küçük zener diyotlar da 10-20mA olarak alınabilir. Yukarıdaki devre çıkışında sabit bir voltaj elde edilecektir. Böyle bir devre bir regülatör devresi için referans voltajı olarak kullanılabilir. Şimdi yukarıdaki devreyi doğrudan bir elektronik devrenin regüle besleme kaynağı olarak kullanalım. Yani devreden biraz akım çekelim. O zaman yukarıdaki devremiz aşağıdaki şekle dönüşecektir.

Bu durumda zener üzerinden geçen akım sabit kalmakla birlikte Rs direnci üzerinden birde yük akımı geçmektedir.
O zaman
I_RS=Iz+IL, IRS=10 + 90, IRS=100mA olur.
Vz=9,1V yaklaşık 9V kabul edelim.
Rs=(Vi-Vz)/Iz+IL Rs=(12-9)/10+90 Rs=30 ohm bulunur.
Rs direncinin gücüde bulunmalıdır.
P_Rs=IRS2 x RS
P_Rs=0,12 x 30
P_Rs=0,3W dan büyük olmalıdır.
Burada seçilecek direnç 27 yada 33 ohm, 0,5W dir.
Bu örnekte dikkat edilecek konu, yük direncinin devreye sürekli olarak mutlaka bağlı kalması yada bir başka deyişle yük akımının mutlaka çekiliyor olmasıdır. Eğer yük direnci devreden çıkarılacak olursa, zener üzerinden geçen akım
Iz=(12-9)/30,
Iz=0,1A akım olur.
Eğer buradaki zener bu akıma dayanacak güçte değilse bozulacaktır. Bu nedenle devredeki zener bütün akımda üzerinden geçirebilecek güçte olmalıdır. Fakat bu bazen mümkün olmayabilir. Yada yük sürekli olarak devreye bağlı olarak kalmalıdır.
Örnek:

Iy = Uz / Ry = 5 / 100 = 0,05A = 50mA
It = Izmax + Iy = 100 + 50 = 150mA
Rsmin = URs / It = (20-5) / 150 = 0,1kΩ = 100Ω
Rsmax bulunurken, zener diyot iletimde, Iz = 0 kabul edilir.
Iy = Uz / Ry = 5V / 100Ω = 50mA
It = Iz + Iy = 0 + 50 = 50mA
Rsmax = URs / It = (U – Uz) / It = (20 – 5) / 50mA = 15 / 50 = 0,3kΩ = 300Ω
Örnek:
Gücü 200 mW (0.2 W) çalışma gerilimi 12 V olan zener diyotun dayanabileceği maksimum akım nedir? Kullanılan zener diyotun bozulmaması için, 15 V giriş gerilimi olan bir devrede zener diyota bağlanması gereken ön direncin değerini bulunuz.
Çözüm:
NOT: Zener diyot devreye doğru polarmayla bağlandığında diğer diyotlar gibi akım geçirir. Zener diyotlar, sinyal süzme, gerilim sabitleme, eleman koruma gibi amaçlarla kullanılabilir.
Zener diyotlar küçük akımlarla çalıştıkları için mutlaka ön dirençlerle korunmalıdırlar. Gücü bilinen bir zener diyotun önüne bağlanacak değeri hesaplamak için şu eşitlik göz önüne alınır:

Ön direncin değerini hesaplamak içinse:

formülü kullanılır.

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

Zener diyot nedir?

Zener diyot, akımın yalnızca anottan katoda doğru değil, Zener voltajına ulaşıldığında ters yönde de akmasına izin veren bir diyot türüdür.

Zener gerilimi nedir?

Zener gerilimi, diyotun bozulduğu ve akımın ters yönde akmasına izin verdiği gerilimdir. Bu, diyotun karakteristik bir özelliğidir ve üretim sırasında belirlenir.

Zener diyotun sıcaklık katsayısı nedir?

Zener diyotunun sıcaklık katsayısı, Zener voltajının sıcaklıkla nasıl değiştiğinin bir ölçüsüdür. Genellikle milivolt/santigrat derece (mV/°C) veya santigrat derece başına yüzde değişim (%/°C) olarak ifade edilir.

İdeal ve pratik Zener diyot modelleri arasındaki fark nedir?

İdeal Zener diyot modeli, diyotun davranışını iki duruma indirger: açık ve kapalı. Öte yandan, pratik model, ileri gerilim düşümü, Zener direnci ve sıcaklık etkileri gibi diyotun ideal olmayan çeşitli özelliklerini de dikkate alır.

Zener diyotların bazı uygulama alanları nelerdir?

Zener diyotlar genellikle voltaj regülasyonu, dalga formu kırpma ve geçici voltaj bastırma işlemlerinde kullanılır. Voltaj regülasyonunda, diyot yük üzerinde sabit bir çıkış voltajı sağlar. Dalga formu kırpmada, diyot giriş sinyalinin genliğini belirli bir seviyeyle sınırlar. Geçici voltaj bastırmada ise diyot hassas bileşenleri voltaj yükselmelerinden korur.

Zener diyotlar için yaygın olarak kullanılan özellikler neler ?

Zener/Ters kırılma gerilimi: Zener veya ters kırılma gerilimi 2,4 V ile 200 V arasında değişir; bazen 1 kV’a kadar çıkabilir, yüzeye monte edilen cihazlar için maksimum değer ise 47 V’tur.
Akım Iz (maks): Nominal Zener Geriliminde (Vz, 200μA ila 200 A) maksimum akımdır.
Akım Iz (min): Diyotun bozulması için gereken minimum akım değeridir.
Güç Değeri: Zener diyotun dağıtabileceği maksimum gücü ifade eder. Diyotun voltajı ile üzerinden geçen akımın çarpımıyla bulunur.
Sıcaklık Kararlılığı: Yaklaşık 5 V’luk diyotlar en iyi kararlılığa sahiptir.
Gerilim Toleransı: Genellikle ±%5’tir.
Zener Direnci (Rz): Zener diyotun gösterdiği dirençtir.

Zener diyotların elektronik devrelerdeki uygulama alanları nelerdir ?

Gerilim Referansları: Analogdan dijitale dönüştürücüler ve hassas ölçüm sistemleri için kararlı referans gerilimleri sağlama
Aşırı Gerilim Koruması: Hassas bileşenleri gerilim dalgalanmalarından korumak, devre hasarını önlemek ve sistem güvenilirliğini sağlamak için gerilimleri sınırlandırır.
Voltaj Regülatörleri: Güç kaynaklarında sabit çıkış voltajlarını koruyarak elektronik cihazların ve sistemlerin istikrarlı çalışmasını sağlar.
Seviye Kaydırma: Bir devrenin farklı bölümleri arasındaki voltaj seviyelerini çevirerek, çeşitli bileşenlerin uyumluluğunu ve düzgün çalışmasını sağlamak.
Dalga Formu Kırpma: Ses ve RF uygulamalarında sinyalleri şekillendirerek sinyal kalitesini iyileştirme ve bozulmayı azaltma.
Zener diyotların benzersiz gerilim-akım ilişkisi, ters kırılma bölgesinde geniş bir akım aralığında kararlı bir gerilim sağlamasına olanak tanır. Bu da onları gerilim regülasyonu ve diğer birçok uygulama için ideal hale getirir.

Zener Diyotların Avantajları Nelerdir ?

Gerilim Düzenlemesi: Zener diyotlar devrelerde kararlı gerilim sağlayarak güç kaynakları için vazgeçilmez bir unsur haline gelir.
Ters Gerilim Arıza Kararlılığı: Belirli bir Zener geriliminde ters gerilim arızasına hasar görmeden dayanır.
Düşük Güç Tüketimi: Özellikle düşük güç gerektiren devrelerde voltaj regülasyonunda etkilidir.
Uygun Maliyetli: Gerilim düzenlemesi için güvenilir ve uygun fiyatlı bir çözüm.

Zener Diyotların Dezavantajları Nelerdir ?

Düşük Akım Taşıma Kapasitesi: Sınırlı akım taşıma kapasitesi nedeniyle yüksek güç gerektiren uygulamalar için uygun değildir.
Sıcaklık Hassasiyeti: Zener voltajı sıcaklıkla değişebilir ve bu da performansı etkileyebilir.
Sınırlı Yüksek Güç Uygulamaları: Çoğunlukla düşük güçlü devrelerde kullanılır.

Zener Diyotların Uygulamaları Nelerdir ?

Güç kaynaklarında voltaj regülasyonu
Devrelerde aşırı gerilim koruması
Analog devrelerde referans gerilim üretimi

Diyot ve Zener Diyot Arasındaki Farklar Nelerdir ?

Diyot	Zener diyot
Diyot, elektriği tek yönde ileten iki uçlu bir elektronik cihazdır.	Zener diyot, kararlı bir referans voltajı sağlayabilir. Bu diyotlar çoğunlukla güç kaynaklarında referans voltajı sağlamak için kullanılır.
Bir ucunda yüksek direnç, diğer ucunda düşük direnç vardır.	Bu diyotlar ters polarizasyonda çalıştırılabilir ve belirli bir voltajda bozulurlar.
Diyotlar akımı tek yönde iletir ve akımı iletme biçimleri farklılık gösterebilir.	İleri kutuplama durumunda akıma izin verir, ters kutuplama durumunda ise akımı engeller.
Diyot, ters kutuplama durumunda hasar görür.	Zener diyot hasar görmez.
Voltajı düzenlemez.	Ters kutuplamada voltaj regülasyonu sağlar.
Daha ucuz ve kolayca temin edilebilir	Ters kutuplama için özel olarak tasarlandığı için biraz daha pahalıdır.
Diyot yalnızca tek yönde iletim yapar (yalnızca ileri yönlü polarizasyon koşullarında tek yönlü).	Zener diyot çift yönlüdür (hem ileri yönlü hem de ters yönlü polarizasyon koşullarında iletim yapar).
Diyotun katkılama yoğunluğu düşüktür.	Zener diyot, kırılmayı sağlamak için yüksek doping yoğunluğuna sahiptir.
Genellikle 0,7V (silikon diyotlar için)	Normal diyotlara benzer, ancak ters kutuplama işlemi için optimize edilmiştir.
Diyotun kırılma gerilimi düşüktür.	Zener diyot yüksek kırılma gerilimine sahiptir.
Diyotlar doğrultucu , kırpıcı ve sıkıştırıcı olarak kullanılır .	Zener diyot, voltaj regülatörü olarak kullanılabilir.