Kategorie

Diody Zenera

Dioda Zenera jest rodzajem diody półprzewodnikowej, która umożliwia przepływ prądu nie tylko z anody do katodę, jak w zwykłej diodzie prostowniczej, ale także w kierunku przeciwnym, po osiągnięciu pewnej różnicy potencjału na elektrodach elementu. Diody Zenera charakteryzują się wysoce domieszkowanym złączem PN. Typowe diody krzemowe dla dużego napięcia wstecznego doznają przebicia, ale poziom napięcia wstecznego dla którego to się dzieje i ostrość tego przejścia, nie są tak dobrze zdefiniowane jak dla diody Zenera. Ścisła kontrola nad napięciem przebicia - napięciem Zenera - pozwala wykorzystywać te elementy półprzewodnikowe jako źródła napięcia odniesienia czy zabezpieczenia przeciwprzepięciowe.

Diody wykorzystujące efekt Zenera

Nietypowe zjawisko przebicia elektrycznego odkryte przez amerykańskiego fizyka Clarenca Melvina Zenera, pozwoliło na stworzenie unikatowego rodzaju urządzenia półprzewodnikowego, jakim jest dioda Zenera. Efekt Zenera jest rodzajem przebicia elektrycznego. Występuje w diodzie ze złączem PN, spolaryzowanej w kierunku zaporowym, gdy pole elektryczne umożliwia tunelowanie elektronów pasma walencyjnego do pasma przewodzenia półprzewodnika, co prowadzi do powstania dużej liczby wolnych nośników mniejszościowych, które nagle zwiększają płynący przez element prąd wsteczny.

Unikalne działanie w obszarze przebicia

W warunkach polaryzacji diody w kierunku zaporowym pod dość wysokim napięciem, obszar zubożenia złącza PN rozszerza się, co prowadzi do generacji wysokiego pola elektrycznego o wysokiej mocy na złączu. Wystarczająco silne pola elektryczne umożliwiają tunelowanie elektronów w całym regionie zubożenia półprzewodnika, co prowadzi do generacji dużej liczby swobodnych nośników ładunku. Ta nagła generacja nośników gwałtownie zwiększa prąd wsteczny i powoduje wzrost przewodnictwa o dużym nachyleniu na charakterystyce I/V diody Zenera. Efekt Zenera różni się od przebicia lawinowego. Polega ono na przyspieszeniu przez pole elektryczne elektronów mniejszościowych w obszarze przejściowym, do energii wystarczającej do uwolnienia par elektron-dziura, poprzez zderzenia z związanymi elektronami. Efekty Zenera i lawinowy mogą, ale nie muszą, współwystępować w diodzie.

Zastosowania diod Zenera

Normalne diody nie są zaprojektowane do działania w obszarze awarii, podczas gdy diody Zenera działają niezawodnie w tym obszarze. Dzięki tej unikalnej własności idealnie sprawdzają się w szeregu aplikacji, wykorzystujących fakt, że przebicie Zenera w układzie występuje dla ściśle określonego napięcia dla każdego modelu elementu. Typowym zastosowaniem tego zjawiska, jest użycie diody tego rodzaju jako równoległego stabilizatora napięcia. Jeśli diodę taką połączy się szeregowo z opornikiem, wymusi ona przepływ prądu o wartości takiej, aby spadek napięcia na rezystorze powodował, że napięcie na diodzie Zenera równe będzie napięciu Zenera tego elementu. Innymi zastosowaniami diod Zenera jest ochrona przed przepięciami. Aby ograniczyć napięcie na wejściu urządzenia umieszcza się równolegle z urządzeniem diodę Zenera - jej obecność sprawi, że napięcie na wejściu nie przekroczy nigdy napięcia Zenera tego elementu.