Hogyan működik a zener dióda

A Zener-dióda vagy Zener-dióda (félvezető-zener-dióda) egy speciális dióda, amely stabil leállási módban működik a pn-átmenet fordított előfeszítési feltételei mellett. Amíg ez a meghibásodás meg nem történik, a zárt zener-dióda nagy ellenállása miatt csak nagyon kis áram folyik át a zener-diódán, a szivárgási áram.

Hiba esetén az áramerősség azonnal megnő, mivel a zener differenciálellenállása ezen a ponton töredékektől több száz ohmig terjed. Ily módon a Zener-diódán lévő feszültséget nagyon pontosan tartják fenn a fordított áramok viszonylag széles tartományában.

A Zener-diódát Zener-diódának (az angol Zener-diódából) nevezik, annak a tudósnak a tiszteletére, aki először fedezte fel az alagúttörés jelenségét, Clarence Melvin Zener (1905-1993) amerikai fizikus.

A Zener által felfedezett pn átmenet elektromos meghibásodását, amely az alagúthatáshoz, a vékony potenciálgáton keresztüli elektronszivárgás jelenségéhez kapcsolódik, ma zener-effektusnak nevezik, amely ma félvezető Zener-diódákban szolgál.

A hatás fizikai képe a következő.A p-n átmenet fordított torzításában az energiasávok átfedik egymást, és az elektronok a p-régió vegyértéksávjából az n-régió vezetési sávjába kerülhetnek, mivel elektromos mező, ez növeli a szabad töltéshordozók számát, és a fordított áram erősen megnő.

Így a zener dióda fő célja a feszültség stabilizálása. Az ipar 1,8 V és 400 V közötti stabilizációs feszültségű, nagy, közepes és kis teljesítményű félvezető zener-diódákat gyárt, amelyek a megengedett legnagyobb fordított áramban különböznek.

Ennek alapján egyszerű feszültségstabilizátorokat készítenek. Az ábrákon a zener-diódákat a dióda szimbólumhoz hasonló szimbólum jelöli, azzal az egyetlen különbséggel, hogy a zener-diódák katódja "G" betű formájában van ábrázolva.

A látens integrált szerkezetű Zener diódák, amelyek stabilizáló feszültsége körülbelül 7 V, a legpontosabb és legstabilabb félvezető feszültség referenciaforrások: legjobb példáik jellemzően közel állnak a normál Weston galvánelemhez (higany-kadmium referencia galvánelem).

A nagyfeszültségű lavinadiódák ("TVS-diódák" és "elnyomók"), amelyeket széles körben használnak mindenféle berendezés túlfeszültség-védelmi áramkörében, a zener-diódák egy speciális típusához tartoznak.

Mint látható, a Zener-dióda, a hagyományos diódától eltérően, az I-V karakterisztika fordított ágán működik. Egy közönséges diódában, ha fordított feszültséget kapcsolunk rá, a meghibásodás háromféleképpen fordulhat elő (vagy egyszerre): alagúttörés, lavinatörés és szivárgási áramokból származó hőmelegedés miatti meghibásodás.

A szilícium Zener-diódák termikus lebomlása nem fontos, mert úgy vannak megtervezve, hogy akár alagút-, lavina-letörés, akár mindkét típusú meghibásodás egyidejűleg történjen meg jóval a termikus bontási trend előtt. A Zener-diódák jelenleg többnyire szilíciumból készülnek.

Az 5 V alatti feszültségnél bekövetkező meghibásodás a Zener-effektus, az 5 V feletti meghibásodás a lavinatörés megnyilvánulása. Egy körülbelül 5 V-os közbenső áttörési feszültség általában e két hatás kombinációjából adódik. Az elektromos tér erőssége a zener-dióda lebontásának pillanatában körülbelül 30 MV / m.

A Zener-dióda lebomlása mérsékelten adalékolt p-típusú félvezetőkben és erősen adalékolt n-típusú félvezetőkben fordul elő.A csatlakozási hőmérséklet növekedésével a Zener-dióda lecsupaszítása csökken és a lavinaletörési hozzájárulás nő.

A Zener-diódák a következő jellemző tulajdonságokkal rendelkeznek. Vz — stabilizáló feszültség. A dokumentáció két értéket ad meg ehhez a paraméterhez: a maximális és minimális stabilizációs feszültséget. Iz a minimális stabilizáló áram. Zz a zener dióda ellenállása. Izk és Zzk – áram- és dinamikus ellenállás egyenáramnál. Ir és Vr a maximális szivárgási áram és feszültség egy adott hőmérsékleten. Tc a hőmérsékleti együttható. Izrm - a zener-dióda maximális stabilizáló árama.

A Zener-diódákat széles körben használják független stabilizáló elemekként, valamint referenciafeszültségek (referenciafeszültségek) forrásai a tranzisztor-stabilizátorokban.

A kis referenciafeszültségek eléréséhez a zener-diódákat a hagyományos diódákhoz hasonlóan előrefelé is bekapcsolják, ekkor egy zener-dióda stabilizáló feszültsége 0,7-0,8 volt.

A zener-dióda teste által disszipált maximális teljesítmény általában 0,125 és 1 watt között van. Ez általában elegendő az impulzuszaj elleni védőáramkörök normál működéséhez és az alacsony teljesítményű stabilizátorok felépítéséhez.