Kako radi zener dioda
Zener dioda ili zener dioda (poluvodička zener dioda) je posebna dioda koja radi u stabilnom režimu proboja pod uvjetima reverzne prednapone pn spoja. Dok se ovaj kvar ne dogodi, kroz zener diodu teče vrlo mala struja, struja curenja, zbog velikog otpora zatvorene zener diode.
Ali kada dođe do kvara, struja se trenutno povećava jer je diferencijalni otpor cenera u ovom trenutku od frakcija do stotina ohma. Na taj se način napon na zener diodi održava vrlo precizno u relativno širokom rasponu reverznih struja.
Zener dioda se naziva Zener dioda (od engleskog Zener diode) u čast znanstvenika koji je prvi otkrio fenomen proboja tunela, američkog fizičara Clarencea Melvina Zenera (1905. - 1993.).
Električni slom pn spoja, koji je otkrio Zener, povezan s efektom tuneliranja, fenomenom curenja elektrona kroz tanku potencijalnu barijeru, danas se naziva zener efekt, koji danas služi u poluvodičkim Zenerovim diodama.
Fizička slika učinka je sljedeća.U obrnutom prednaponu p-n spoja, energetski pojasevi se preklapaju i elektroni se mogu pomaknuti iz valentnog pojasa p-regije u vodljivi pojas n-regije, zbog električno polje, to povećava broj slobodnih nositelja naboja, a reverzna struja naglo raste.
Dakle, glavna svrha zener diode je stabilizirati napon. Industrija proizvodi poluvodičke zener diode sa stabilizacijskim naponom od 1,8 V do 400 V, velike, srednje i male snage, koje se razlikuju u maksimalnoj dopuštenoj obrnutoj struji.
Na temelju toga izrađuju se jednostavni stabilizatori napona. Na dijagramima su zener diode označene simbolom sličnim simbolu diode, s jedinom razlikom što je katoda zener dioda prikazana u obliku slova «G».
Zener diode s latentnom integriranom strukturom, sa stabilizacijskim naponom od oko 7 V, najprecizniji su i najstabilniji referentni izvori napona u čvrstom stanju: njihovi najbolji primjeri karakteristično su bliski normalnom Westonovom galvanskom članku (živina-kadmijeva referentna galvanska ćelija).
Posebnoj vrsti zener dioda pripadaju visokonaponske lavinske diode ("TVS-diode" i "prigušivači"), koje se široko koriste u krugovima zaštite od prenapona svih vrsta opreme.
Kao što vidite, zener dioda, za razliku od konvencionalne diode, radi na obrnutoj grani I - V karakteristike. U običnoj diodi, ako se na nju dovede obrnuti napon, kvar se može dogoditi na jedan od tri načina (ili sve odjednom): tunelski slom, lavinski slom i slom zbog toplinskog zagrijavanja od struja curenja.
Toplinski slom silicijevih zener dioda nije važan jer su dizajnirane tako da se ili tunelski slom, lavinski slom ili obje vrste sloma dogode istovremeno puno prije trenda toplinskog sloma. Serije zener dioda trenutno su izrađene uglavnom od silicija.
Proboj na naponu ispod 5 V je manifestacija Zenerovog efekta, slom iznad 5 V je manifestacija lavinskog sloma. Srednji probojni napon od oko 5 V obično je rezultat kombinacije ova dva učinka. Snaga električnog polja u trenutku proboja zener diode je oko 30 MV / m.
Proboj zener diode događa se u umjereno dopiranim poluvodičima p-tipa i jako dopiranim poluvodičima n-tipa. Kako se temperatura spoja povećava, skidanje zener diode se smanjuje i doprinos lavinskom proboju raste.
Zener diode imaju sljedeće tipične karakteristike. Vz — stabilizacijski napon. Dokumentacija navodi dvije vrijednosti za ovaj parametar: maksimalni i minimalni stabilizacijski napon. Iz je minimalna stabilizacijska struja. Zz je otpor zener diode. Izk i Zzk — strujni i dinamički otpor pri istosmjernoj struji. Ir i Vr su maksimalna struja i napon curenja pri danoj temperaturi. Tc je temperaturni koeficijent. Izrm — maksimalna stabilizacijska struja zener diode.
Zener diode se naširoko koriste kao nezavisni stabilizirajući elementi, kao i kao izvori referentnih napona (referentnih napona) u stabilizatorima tranzistora.
Za dobivanje malih referentnih napona, zener diode se također uključuju u smjeru prema naprijed, poput običnih dioda, tada će stabilizacijski napon jedne zener diode biti 0,7 - 0,8 volti.
Maksimalna snaga koju rasipa tijelo zener diode obično je u rasponu od 0,125 do 1 vata. To je u pravilu dovoljno za normalan rad zaštitnih krugova od impulsne buke i za izgradnju stabilizatora male snage.