Sådan fungerer en zenerdiode

Zenerdiode eller zenerdiode (halvleder-zenerdiode) er en speciel diode, der fungerer i en stabil nedbrydningstilstand under omvendt bias-forhold i pn-forbindelsen. Indtil dette nedbrud sker, løber der kun en meget lille strøm gennem zenerdioden, lækstrømmen, på grund af den lukkede zenerdiodes høje modstand.

Men når der opstår en fejl, stiger strømmen øjeblikkeligt, fordi differensmodstanden for zeneren på dette tidspunkt er fra fraktioner til hundredvis af ohm. På denne måde holdes spændingen over zenerdioden meget præcist over et relativt bredt område af omvendte strømme.

Zener-dioden kaldes en Zener-diode (fra det engelske Zener-diode) til ære for den videnskabsmand, der først opdagede fænomenet tunnelnedbrud, den amerikanske fysiker Clarence Melvin Zener (1905 — 1993).

Det elektriske nedbrud af pn-krydset, opdaget af Zener, relateret til tunneleffekten, fænomenet elektronlækage gennem en tynd potentialbarriere, kaldes nu zener-effekten, som i dag tjener i halvleder-zener-dioder.

Det fysiske billede af effekten er som følger.I den omvendte bias af p-n krydset overlapper energibåndene og elektroner kan bevæge sig fra valensbåndet i p-området til n-områdets ledningsbånd, pga. elektrisk felt, dette øger antallet af gratis ladebærere, og den omvendte strøm stiger kraftigt.

Således er hovedformålet med zenerdioden at stabilisere spændingen. Industrien producerer halvleder-zenerdioder med stabiliseringsspændinger fra 1,8 V til 400 V, høj, medium og lav effekt, som adskiller sig i den maksimalt tilladte tilbagestrøm.

Simple spændingsstabilisatorer er lavet på dette grundlag. I diagrammerne er zenerdioder angivet med et symbol, der ligner diodesymbolet, med den eneste forskel, at katoden af ​​zenerdioder er afbildet i form af bogstavet «G».

Zenerdioder med en latent integreret struktur, med en stabiliseringsspænding på omkring 7 V, er de mest nøjagtige og stabile solid-state spændingsreferencekilder: deres bedste eksempler er karakteristisk tæt på den normale Weston galvaniske celle (kviksølvcadmium reference galvanisk celle).

Højspændings lavinedioder ("TVS-dioder" og "undertrykkere"), som er meget udbredt i overspændingsbeskyttelseskredsløb af alle slags udstyr, hører til en speciel type zenerdioder.

Som du kan se, virker zenerdioden, i modsætning til den konventionelle diode, på den omvendte gren af ​​I - V-karakteristikken. I en almindelig diode, hvis en omvendt spænding påføres den, kan fejl opstå på en af ​​tre måder (eller alle på én gang): tunnelnedbrud, lavinesammenbrud og sammenbrud på grund af termisk opvarmning fra lækstrømme.

Termisk nedbrydning af siliciumzenerdioder er ikke vigtigt, fordi de er designet således, at enten tunnelnedbrud, lavinenedbrud eller begge typer nedbrud forekommer samtidigt længe før den termiske nedbrudstrend. Seriens zenerdioder er i øjeblikket hovedsagelig lavet af silicium.

Et sammenbrud ved en spænding under 5 V er en manifestation af Zener-effekten, et sammenbrud over 5 V er en manifestation af et lavinesammenbrud. En mellemliggende gennembrudsspænding på ca. 5 V skyldes normalt en kombination af disse to effekter. Styrken af ​​det elektriske felt i øjeblikket for nedbrydning af zenerdioden er omkring 30 MV / m.

Zenerdiodenedbrydning forekommer i moderat doterede p-type halvledere og kraftigt dopede n-type halvledere. Når overgangstemperaturen stiger, falder zenerdiodestrippingen, og lavinenedbrydningsbidraget stiger.

Zenerdioder har følgende typiske egenskaber. Vz — stabiliseringsspænding. Dokumentationen specificerer to værdier for denne parameter: den maksimale og minimale stabiliseringsspænding. Iz er den minimale stabiliseringsstrøm. Zz er modstanden af ​​zenerdioden. Izk og Zzk — strøm og dynamisk modstand ved jævnstrøm. Ir og Vr er den maksimale lækstrøm og spænding ved en given temperatur. Tc er temperaturkoefficienten. Izrm — maksimal stabiliseringsstrøm for zenerdioden.

Zenerdioder bruges i vid udstrækning som uafhængige stabiliserende elementer, såvel som som kilder til referencespændinger (referencespændinger) i transistorstabilisatorer.

For at opnå små referencespændinger tændes zenerdioder også i fremadgående retning, ligesom almindelige dioder, så vil stabiliseringsspændingen for en zenerdiode være 0,7 — 0,8 volt.

Den maksimale effekt, som afgives af kroppen af ​​en zenerdiode, er typisk i området 0,125 til 1 watt. Dette er som regel tilstrækkeligt til normal drift af beskyttelseskredsløb mod impulsstøj og til konstruktion af laveffektstabilisatorer.