|
Een van de merkwaardigste meetapparaatjes is de ZEN50, een metertje waarmee u volgens de naam 'zener diode analyser' alleen zenerdiodes kunt analyseren. Bij een nadere bestudering blijkt dat dit vijftig euro kostend apparaatje veel meer kan, voor sommige vervelende meetklussen zelfs meer dan de beste digitale universeelmeters. |
Het testen van zenerdiodes
Wat is een zenerdiode?
99 kansen op 100 weet u het antwoord op deze vraag, maar voor die ene kans tóch even in het kort een toelichting op het onderdeel dat zenerdiode wordt genoemd. Een zenerdiode is een halfgeleiderdiode die als eigenschap heeft dat de diodespanning in sperrichting over een relatief groot bereik van de diodestroom constant blijft. Deze eigenschap berust op het zenereffect en de spanning waarbij dit gebeurt noemt men de zenerspanning. De karakteristiek van de diode verloopt over dat bereik min of meer parallel met de as voor de diodestroom, zie onderstaande figuur. Deze eigenschap maakt een zenerdiode vooral geschikt voor toepassing als spanningsstabilisator. De spanning over het onderdeel blijft immers vrij constant als de stroom erdoor varieert.
 |
| De stroom/spanning-karakteristiek van een zenerdiode en de drie gebruikte symbolen. (© 2017 Jos Verstraten) |
Zenerdiodes worden gefabriceerd met diverse zenerspanningen. De meest voorkomende waarden zijn 2,4 V - 2,7 V - 3,3 V - 3,9 V - 4,3 V - 4,7 V - 5,1 V - 5,6 V - 6,2 V - 6,8 V - 7,5 V - 8,2 V - 9,1 V - 10 V - 11 V - 12 V - 13 V - 15 V - 18 V - 20 V - 22 V - 24 V - 27 V - 30 V - 36 V - 39 V - 47 V en 75 V. In de Amerikaanse nomenclatuur heeft de typenaam geen enkele logische relatie tot de zenerspanning. Zo heeft een 1N5341 een zenerspanning van 6,2 V en een 1N5355 een zenerspanning van 18 V. Logisch, toch?
Waarom zou u een zenerdiode willen testen?
Op de eerste plaats omdat deze onderdelen erg klein zijn en de typenaam vaak niet meer te lezen is of nietszeggend is. Als u een zenerdiode van 6,2 V nodig hebt en een laatje vól met zeners hebt verzameld is het vaak een heel gedoe om deze ene van 6,2 V er uit te zoeken. Op de tweede plaats om uit te sluiten dat een zenerdiode de oorzaak is van een niet werkende schakeling. Als u over een zenerdiode van 6,2 V een spanning van slechts 4,3 V meet, wil dat niet per se zeggen dat de diode defect is. De diode zou ook te zwaar belast kunnen worden of de voedingsspanning van de diode zou te laag kunnen zijn. Er zit dan niets anders op dan de diode uit te solderen en even los te testen.
Dat testen valt nog niet mee!
Maar hoe test u of een zenerdiode van 6,2 V nog goed is? Met een universeelmeter lukt het niet, want die heeft te weinig spanning aan boord om zo'n diode in te stellen. Dus zit er niets anders op dan dat u even een schakelingetje opbouwt van een regelbare voeding, een serieweerstand en de diode. Als u de voeding instelt op 12 V en de weerstand een waarde van 1 kΩ geeft kunt u met uw universeelmeter meten of er inderdaad een spanning van ongeveer 6,2 V over de diode staat of iets anders.
 |
| Zo kunt u testen of een zenerdiode nog goed is. (© 2017 Jos Verstraten) |
Misschien heeft Peak Electronic Design Ltd wel een gaatje in de markt ontdekt met de ZEN50, zeker als u beseft dat met een apparaatje waarmee u zenerdiodes kunt testen ook andere onderdelen, zoals overspanningsbeveiligingen en LED-array's te testen zijn.
Kennismaking met de ZEN50
Meer dan een simpele spanningsmeter
Met de ZEN50 van Peak Electronic Design kunt u zenerdiodes, avalanchediodes, referentiediodes, VDR's, LED-array's en voltage protectors tot 50 V testen. Om dit te realiseren wordt de batterijspanning van 1,5 V met een interne spanningsvermenigvuldiger opgepept tot een testspanning van 60 V. De test kunt u uitvoeren met een teststroom van 2 mA, 5 mA, 10 mA of 15 mA, die drie keer per seconde door het onderdeel wordt gestuurd. Hierdoor wordt niet alleen de dissipatie in het onderdeel geminimaliseerd, maar wordt ook de levensduur van de 1,5 V type AAA batterij in de ZEN50 verlengd.
 |
| De ZEN50 van Peak Electronic Design ligt gemakkelijk in de hand. (© Peak Electronic Design Ltd) |
Op bovenstaande foto ziet u op het display de kreet 'Slope R=53Ω' staan. De ZEN50 meet inderdaad niet alleen de spanning over het onderdeel, maar berekent ook op een intelligente manier de dynamische weerstand van het gemeten onderdeel. Dit gebeurt door drie metingen te verrichten met drie verschillende stromen en voor iedere meting de spanning over het onderdeel te meten. Uit de drie Δv/Δi waarden wordt door de ingebouwde microprocessor de gemiddelde dynamische weerstand berekend.
Wat is het belang van de slope?
De slope of de helling van een zenerdiode geeft belangrijke informatie over de kwaliteit van het onderdeel. In onderstaande figuur ziet u twee identieke zenerdiodes, de ene met een hoge slope en de tweede met een lage slope. Het zal duidelijk zijn dat de diode met de laagste slope veel beter is. Bij een gelijke stroomvariatie ΔI vertoont deze immers een veel kleinere spanningsvariatie ΔV en stabiliseert dus beter. De slope wordt gedefinieerd als de spanningsvariatie over de zenerdiode voor een gegeven stroomvariatie door de diode. Spanning gedeeld door stroom is, volgens de wet van Ohm, gelijk aan weerstand. De slope kan dus ook worden uitgedrukt onder de vorm van een weerstand en omdat deze weerstand te maken heeft met variaties van spanningen en stromen noemt men hem niet statisch, maar dynamisch. Het is deze dynamische weerstand die u in het venster van de ZEN50 kunt aflezen.
 |
| De slope of de dynamische weerstand van een zenerdiode grafisch verklaard. (© 2017 Jos Verstraten) |
Werken met de ZEN50
Een zenerdiode analyseren
Sluit de zenerdiode in sper aan tussen de twee aansluitdraadjes van de ZEN50. In sper betekent dat u de anode met de zwarte testclip moet verbinden en de kathode met de rode testclip. Druk nu even op de 'on-test' knop. Een seconde nadat de startmelding op het display is verschenen wordt het resultaat van de eerste meting getoond. Het meetresultaat wordt na iedere meting vernieuwd, zodat u drie keer per seconde de resultaten van de metingen ziet. Als u de 'on-test' knop even indrukt, wordt de laatste meting op het scherm bevroren (hold).
 |
| Het display van de ZEN50. (© Peak Electronic Design Ltd) |
Door op de knop 'scroll-off' te drukken kunt u de meetstroom instellen op 2 mA, 5 mA, 10 mA of 15 mA. Dit ziet u in het display. Uiteraard worden dan ook de drie stromen, waarmee de ZEN50 de dynamische weerstand van de zenerdiode berekent, anders.
 |
| De drie stromen voor het meten van de slope in functie van de statische meetstroom. (© Peak Electronic Design Ltd) |
De resolutie bij het meten van de dynamische weerstand hangt af van de ingestelde meetstroom en is niet bijster hoog:
- 2 mA: 5 Ω
- 5 mA: 2 Ω
- 10 mA: 1 Ω
- 15 mA: 1 Ω
Testen van LED's en andere diodes
Omdat de open-klem spanning van de ZEN50 kan oplopen tot 60 V moet u altijd goed nadenken voordat u een onderdeel op de twee meetklemmen aansluit. LED's en gewone dioden moet u altijd in de doorlaatrichting op de tester aansluiten, dus rode klem op de anode en zwarte klem op de kathode. Sluit u een LED verkeerd-om aan, dan gaat deze gegarandeerd stuk, want er geen LED in de handel die een sperspanning van 60 V kan verdragen.
Op het scherm verschijnt de spanning over het onderdeel in doorlaat. De ZEN50 is ideaal voor het testen van diode-array's die momenteel steeds vaker worden gebruikt in LED-lampen met een zeer hoge lichtopbrengst. Het apparaat kan immers een spanning van 60 V over het array zetten, zodat u array's waar tientallen LED's in serie staan zonder probleem kunt testen. Probeer dat maar eens met uw universeelmeter met zijn armzalige 1,5 V voedingsspanning! Omdat de ZEN50 meet met korte stroompulsjes, zullen de LED's bij deze metingen niet op volle sterkte gaan branden, maar de gemeten waarde is uiteraard wél de reële brandspanning van de LED's.
 |
| Het meten van de brandspanning van een zestienvoudig LED-array. (© Peak Electronic Design Ltd) |
Technische specificaties van de ZEN50
De ZEN50 is ondergebracht in een kleine kunststof behuizing met als afmetingen 103 mm x 70 mm x 20 mm en wordt gevoed uit een type AAA alkaline batterij van 1,5 V.
Onderstaande zijn de voornaamste technische specificaties van de ZEN50 samengevat.
- Zenerspanning: 0,0 V - 50,0 V
- Teststromen: 2 mA, 5 mA, 10 mA, 15 mA
- Nauwkeurigheid teststromen: ±1 % ±0,2 mA
- Nauwkeurigheid zenerspanning: ±1 % ±40 mV
- Resolutie zenerspanning: 20 mV tot 40 mV
- Open circuit testspanning: 60 V max.
- Closed circuit teststroom: 35 mA max.
- Duty cycle teststroom: 0,1 % min., 5 % max.
- Meetbereik dynamische weerstand (2 mA): 8.000 Ω met 5 ohm resolutie
- Meetbereik dynamische weerstand (5 mA): 3.200 Ω met 2 ohm resolutie
- Meetbereik dynamische weerstand (10 mA): 1.600 Ω met 1 ohm resolutie
- Meetbereik dynamische weerstand (15 mA): 1.000 Ω met 1 ohm resolutie
- Nauwkeurigheid dynamische weerstand (2 mA): ±1 % ±10 Ω
- Nauwkeurigheid dynamische weerstand (5 mA): ±1 % ±4 Ω
- Nauwkeurigheid dynamische weerstand (10 mA): ±1 % ±2 Ω
- Nauwkeurigheid dynamische weerstand (15 mA): ±1 % ±2 Ω
- Meetsnelheid: 3 Hz typisch
- Automatische uitschakeling: na 60 s typisch
- Batterij: AAA 1,5 V alkaline
- Voedingsspanning: 0,9 Vdc - 1,6 Vdc
- Afmetingen: 103 mm x 70 mm x 20 mm
- Bedrijfstemperatuur: 10 °C tot 40 °C
- EAN-code: 0700153222891
Peak Electronics ZEN50
