Cum funcționează o diodă zener

Dioda Zener sau dioda Zener (dioda Zener cu semiconductor) este o diodă specială care funcționează într-un mod stabil de defalcare în condiții de polarizare inversă a joncțiunii pn. Până la producerea acestei defecțiuni, prin dioda zener curge doar un curent foarte mic, curentul de scurgere, datorită rezistenței mari a diodei zener închise.

Dar atunci când apare o defecțiune, curentul crește instantaneu, deoarece rezistența diferențială a zenerului este în acest moment de la fracțiuni la sute de ohmi. În acest fel, tensiunea pe dioda zener este menținută foarte precis pe o gamă relativ largă de curenți inversi.

Dioda Zener este numită diodă Zener (din engleza diodă Zener) în onoarea omului de știință care a descoperit pentru prima dată fenomenul spargerii tunelului, fizicianul american Clarence Melvin Zener (1905 — 1993).

Defalcarea electrică a joncțiunii pn, descoperită de Zener, legată de efectul de tunel, fenomenul de scurgere de electroni printr-o barieră subțire de potențial, se numește acum efect zener, care astăzi servește în diodele Zener semiconductoare.

Imaginea fizică a efectului este următoarea.În polarizarea inversă a joncțiunii p-n, benzile de energie se suprapun și electronii se pot muta de la banda de valență a regiunii p la banda de conducere a regiunii n, datorită câmp electric, acest lucru crește numărul de purtători de încărcare gratuită, iar curentul invers crește brusc.

Astfel, scopul principal al diodei zener este de a stabiliza tensiunea. Industria produce diode zener semiconductoare cu tensiuni de stabilizare de la 1,8 V la 400 V, de putere mare, medie și mică, care diferă în curentul invers maxim admisibil.

Pe această bază sunt fabricați stabilizatori simpli de tensiune. În diagrame, diodele Zener sunt indicate printr-un simbol similar cu simbolul diodei, cu singura diferență că catodul diodelor Zener este reprezentat sub forma literei «G».

Diodele Zener cu o structură integrată latentă, cu o tensiune de stabilizare de aproximativ 7 V, sunt cele mai precise și mai stabile surse de referință de tensiune în stare solidă: cele mai bune exemple ale lor sunt în mod caracteristic apropiate de celula galvanică normală Weston (celula galvanică de referință mercur cadmiu) .

Diodele de avalanșă de înaltă tensiune („diode TVS” și „supresoare”), care sunt utilizate pe scară largă în circuitele de protecție la supratensiune ale tuturor tipurilor de echipamente, aparțin unui tip special de diode zener.

După cum puteți vedea, dioda zener, spre deosebire de dioda convențională, funcționează pe ramura inversă a caracteristicii I — V. Într-o diodă obișnuită, dacă i se aplică o tensiune inversă, defecțiunea poate apărea într-unul din trei moduri (sau toate odată): defectarea tunelului, avalanșa și defecțiunea din cauza încălzirii termice de la curenții de scurgere.

Defalcarea termică a diodelor zener de siliciu nu este importantă, deoarece acestea sunt proiectate astfel încât fie defalcarea tunelului, fie defalcarea avalanșei, fie ambele tipuri de defalcare să apară simultan cu mult înainte de tendința de defalcare termică. Diodele Zener din seria sunt în prezent fabricate în mare parte din siliciu.

O defecțiune la o tensiune sub 5 V este o manifestare a efectului Zener, o defecțiune peste 5 V este o manifestare a unei defecțiuni de avalanșă. O tensiune intermediară de întrerupere de aproximativ 5 V rezultă de obicei dintr-o combinație a acestor două efecte. Puterea câmpului electric în momentul defectării diodei zener este de aproximativ 30 MV / m.

Defalcarea diodei Zener are loc în semiconductori de tip P dopați moderat și în semiconductori de tip N puternic dopați. Pe măsură ce temperatura joncțiunii crește, decaparea diodei Zener scade și contribuția la defalcarea avalanșei crește.

Diodele Zener au următoarele caracteristici tipice. Vz — tensiune de stabilizare. Documentația specifică două valori pentru acest parametru: tensiunea de stabilizare maximă și minimă. Iz este curentul minim de stabilizare. Zz este rezistența diodei zener. Izk și Zzk — rezistența curentă și dinamică la curent continuu. Ir și Vr sunt curentul și tensiunea maximă de scurgere la o anumită temperatură. Tc este coeficientul de temperatură. Izrm — curentul maxim de stabilizare al diodei zener.

Diodele Zener sunt utilizate pe scară largă ca elemente de stabilizare independente, precum și ca surse de tensiuni de referință (tensiuni de referință) în stabilizatorii de tranzistori.

Pentru a obține tensiuni de referință mici, diodele Zener sunt, de asemenea, pornite în direcția înainte, ca și diodele obișnuite, apoi tensiunea de stabilizare a unei diode Zener va fi de 0,7 - 0,8 volți.

Puterea maximă disipată de corpul unei diode zener este de obicei în intervalul de la 0,125 la 1 watt. Acest lucru, de regulă, este suficient pentru funcționarea normală a circuitelor de protecție împotriva zgomotului de impuls și pentru construirea de stabilizatori de putere redusă.