Kako deluje zener dioda
Zener dioda ali zener dioda (polprevodniška zener dioda) je posebna dioda, ki deluje v stabilnem načinu okvare v pogojih povratne prednapetosti pn spoja. Dokler ne pride do te okvare, teče skozi zener diodo le zelo majhen tok, tok uhajanja, zaradi velikega upora zaprte zener diode.
Toda ko pride do napake, se tok takoj poveča, ker je diferencialni upor zenerja na tej točki od frakcij do sto ohmov. Na ta način se napetost na zener diodi vzdržuje zelo natančno v razmeroma širokem območju povratnih tokov.
Zenerjeva dioda se imenuje Zener dioda (iz angleščine Zener diode) v čast znanstvenika, ki je prvi odkril pojav razpada tunela, ameriškega fizika Clarenca Melvina Zenerja (1905 - 1993).
Električni preboj pn spoja, ki ga je odkril Zener, povezan s tunelskim učinkom, pojavom uhajanja elektronov skozi tanko potencialno pregrado, se danes imenuje zener efekt, ki danes služi v polprevodniških Zenerjevih diodah.
Fizična slika učinka je naslednja.V obratni prednapetosti p-n spoja se energijski pasovi prekrivajo in elektroni se lahko premaknejo iz valenčnega pasu p-regije v prevodni pas n-regije zaradi električno polje, to poveča število prostih nosilcev naboja in povratni tok se močno poveča.
Tako je glavni namen zener diode stabilizacija napetosti. Industrija proizvaja polprevodniške zener diode s stabilizacijskimi napetostmi od 1,8 V do 400 V, visoke, srednje in nizke moči, ki se razlikujejo po največjem dovoljenem povratnem toku.
Na tej osnovi so izdelani preprosti stabilizatorji napetosti. Na diagramih so zener diode označene s simbolom, podobnim simbolu diode, z edino razliko, da je katoda zener diod prikazana v obliki črke «G».
Zener diode z latentno integrirano strukturo, s stabilizacijsko napetostjo okoli 7 V, so najbolj natančni in stabilni polprevodniški referenčni viri napetosti: njihovi najboljši primeri so značilno blizu običajnemu Westonovemu galvanskemu členu (živosrebrno-kadmijeva referenčna galvanska celica).
Visokonapetostne lavinske diode ("TVS-diode" in "supresorji"), ki se pogosto uporabljajo v prenapetostnih zaščitnih vezjih vseh vrst opreme, spadajo v posebno vrsto zener diod.
Kot lahko vidite, zener dioda, za razliko od običajne diode, deluje na obratni veji I-V karakteristike. V navadni diodi, če se nanjo uporabi povratna napetost, lahko pride do okvare na enega od treh načinov (ali vse naenkrat): razčlenitev tunela, plazovita razčlenitev in razčlenitev zaradi toplotnega segrevanja zaradi uhajalnih tokov.
Toplotni razpad silicijevih zener diod ni pomemben, ker so zasnovane tako, da pride do tunelskega razpada, plazovitega razpada ali obeh vrst razpada hkrati veliko pred trendom toplotnega razpada. Serijske zener diode so trenutno izdelane večinoma iz silicija.
Razpad pri napetosti pod 5 V je manifestacija Zenerjevega učinka, razpad nad 5 V je manifestacija lavinskega razpada. Vmesna prebojna napetost približno 5 V je običajno posledica kombinacije teh dveh učinkov. Moč električnega polja v trenutku razpada zener diode je približno 30 MV / m.
Razpad zener diode se pojavi v zmerno dopiranih polprevodnikih tipa p in močno dopiranih polprevodnikih tipa n. Ko se temperatura spoja poveča, se luščenje zener diode zmanjša in prispevek plazovitega razpada se poveča.
Zener diode imajo naslednje tipične značilnosti. Vz - stabilizacijska napetost. Dokumentacija določa dve vrednosti za ta parameter: največjo in najmanjšo stabilizacijsko napetost. Iz je minimalni stabilizacijski tok. Zz je upor zener diode. Izk in Zzk - tokovni in dinamični upor pri enosmernem toku. Ir in Vr sta največji tok uhajanja in napetost pri določeni temperaturi. Tc je temperaturni koeficient. Izrm - največji stabilizacijski tok zener diode.
Zener diode se pogosto uporabljajo kot neodvisni stabilizacijski elementi, pa tudi kot viri referenčnih napetosti (referenčne napetosti) v tranzistorskih stabilizatorjih.
Za pridobitev majhnih referenčnih napetosti se zener diode vklopijo tudi v smeri naprej, kot običajne diode, nato pa bo stabilizacijska napetost ene zener diode 0,7 - 0,8 voltov.
Največja moč, ki jo odvaja telo zener diode, je običajno v območju od 0,125 do 1 vata. To praviloma zadostuje za normalno delovanje zaščitnih vezij pred impulznim šumom in za konstrukcijo stabilizatorjev majhne moči.