Come utilizzare un diodo zener come regolatore di tensione

Come utilizzare un diodo zener come regolatore di tensione: guida pratica per principianti su come stabilizzare la tensione nei circuiti elettronici con un diodo zener.

Come Utilizzare un Diodo Zener come Regolatore di Tensione

Il diodo Zener è un componente elettronico ampiamente utilizzato per la regolazione della tensione in molti circuiti elettronici. Grazie alla sua capacità di mantenere una tensione costante ai suoi capi, il diodo Zener può essere impiegato come regolatore di tensione in modo semplice ed efficace. In questo articolo, esploreremo come funziona un diodo Zener e come utilizzarlo nel ruolo di regolatore di tensione.

Cos’è un Diodo Zener?

Un diodo Zener è un tipo speciale di diodo progettato per funzionare in modalità di rottura inversa. A differenza dei diodi tradizionali, che conducono corrente solo in una direzione, il diodo Zener è progettato per condurre corrente anche quando la tensione applicata è inversa, purché questa superi una certa soglia chiamata “tensione di Zener” (V_Z). Questa caratteristica lo rende ideale per la regolazione della tensione.

Funzionamento del Diodo Zener

Il funzionamento di un diodo Zener può essere suddiviso in due regioni principali:

• Regione di Conduzione Diretta: In questa regione, il diodo Zener si comporta come un diodo normale. Quando la tensione diretta applicata supera la tensione di soglia (circa 0,7V per i diodi al silicio), il diodo conduce.
• Regione di Rottura Inversa: Quando la tensione inversa applicata supera la tensione di Zener (V_Z), il diodo inizia a condurre in direzione inversa, mantenendo una tensione costante pari a V_Z ai suoi capi. Questa proprietà è fondamentale per l’uso del diodo Zener come regolatore di tensione.

Schema del Circuito

Un circuito base per utilizzare un diodo Zener come regolatore di tensione è mostrato di seguito:

           Vin
            |
           ---
           / \
          /   \
         /     \
        |       |
       Resistenza (RS)
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        |      ---
        |      / \
       VZ  GND
        |
       Vout

In questo circuito:

• Vin è la tensione d’ingresso non regolata.
• R_S è una resistenza di limitazione della corrente.
• V_Z è il diodo Zener.
• Vout è la tensione d’uscita regolata, che sarà approssimativamente uguale a V_Z.

Scelta della Resistenza di Limitazione (R_S)

La resistenza di limitazione R_S è fondamentale per il corretto funzionamento del diodo Zener. Serve per limitare la corrente attraverso il diodo, proteggendolo da eventuali danni. Per calcolare R_S, è possibile utilizzare la seguente formula:

RS = \frac{(Vin - VZ)}{IZ}

Dove:

• Vin è la tensione d’ingresso.
• V_Z è la tensione di Zener del diodo.
• I_Z è la corrente attraverso il diodo Zener.

Esempio Pratico

Supponiamo di avere un’alimentazione di 12V non regolata (Vin) e di voler ottenere una tensione regolata di 5V (V_Z). Inoltre, supponiamo che la corrente massima desiderata attraverso il diodo Zener (I_Z) sia 20mA. La resistenza R_S può essere calcolata come segue:

RS = \frac{(12V - 5V)}{20mA} = \frac{7V}{0.02A} = 350 \Omega

Conclusione

Utilizzare un diodo Zener come regolatore di tensione è un metodo semplice ed efficace per ottenere una tensione stabile in un circuito elettronico. Capire il funzionamento del diodo e sapere come scegliere correttamente i componenti del circuito, come la resistenza di limitazione, è essenziale per garantire il corretto funzionamento del regolatore di tensione. Con queste conoscenze di base, è possibile progettare e implementare con successo circuiti di regolazione della tensione che utilizzano diodi Zener.