Hvordan en zenerdiode fungerer
Zenerdiode eller zenerdiode (halvleder-zenerdiode) er en spesiell diode som opererer i en stabil sammenbruddsmodus under omvendt skjevhet i pn-krysset. Inntil dette sammenbruddet oppstår, flyter bare en veldig liten strøm gjennom zenerdioden, lekkasjestrømmen, på grunn av den høye motstanden til den lukkede zenerdioden.
Men når en feil oppstår, øker strømmen øyeblikkelig fordi differensialmotstanden til zeneren er på dette punktet fra brøker til hundrevis av ohm. På denne måten opprettholdes spenningen over zenerdioden meget presist over et relativt bredt område av reversstrømmer.
Zener-dioden kalles en Zener-diode (fra engelsk Zener-diode) til ære for vitenskapsmannen som først oppdaget fenomenet tunnelsammenbrudd, den amerikanske fysikeren Clarence Melvin Zener (1905 — 1993).
Det elektriske sammenbruddet av pn-krysset, oppdaget av Zener, relatert til tunneleffekten, fenomenet elektronlekkasje gjennom en tynn potensialbarriere, kalles nå zenereffekten, som i dag fungerer i halvleder-zenerdioder.
Det fysiske bildet av effekten er som følger.I revers bias av p-n-krysset overlapper energibåndene og elektroner kan bevege seg fra valensbåndet til p-regionen til ledningsbåndet til n-regionen, pga. elektrisk felt, øker dette antallet gratis ladebærere, og reversstrømmen øker kraftig.
Dermed er hovedformålet med zenerdioden å stabilisere spenningen. Industrien produserer halvleder-zenerdioder med stabiliseringsspenninger fra 1,8 V til 400 V, høy, middels og lav effekt, som avviker i maksimalt tillatt tilbakestrøm.
Enkle spenningsstabilisatorer er laget på dette grunnlaget. I diagrammene er zenerdioder indikert med et symbol som ligner på diodesymbolet, med den eneste forskjellen at katoden til zenerdioder er avbildet i form av bokstaven «G».
Zenerdioder med en latent integrert struktur, med en stabiliseringsspenning på omtrent 7 V, er de mest nøyaktige og stabile solid-state spenningsreferansekildene: deres beste eksempler er karakteristisk nær den normale Weston galvaniske cellen (kvikksølvkadmium referanse galvanisk celle).
Høyspente skreddioder ("TVS-dioder" og "suppressorer"), som er mye brukt i overspenningsvernkretser av alle slags utstyr, tilhører en spesiell type zenerdioder.
Som du kan se, fungerer zenerdioden, i motsetning til den konvensjonelle dioden, på den motsatte grenen av I - V-karakteristikken. I en vanlig diode, hvis en omvendt spenning påføres den, kan feil oppstå på en av tre måter (eller alt på en gang): tunnelsammenbrudd, snøskred og sammenbrudd på grunn av termisk oppvarming fra lekkasjestrømmer.
Termisk sammenbrudd av silisiumzenerdioder er ikke viktig fordi de er utformet slik at enten tunnelhavari, snøskred eller begge typer sammenbrudd skjer samtidig lenge før den termiske sammenbruddstrenden. Series zenerdioder er for tiden laget hovedsakelig av silisium.
Et sammenbrudd ved en spenning under 5 V er en manifestasjon av Zener-effekten, et sammenbrudd over 5 V er en manifestasjon av et snøskred. En mellomliggende gjennomslagsspenning på ca. 5 V oppstår vanligvis fra en kombinasjon av disse to effektene. Styrken til det elektriske feltet i øyeblikket for sammenbrudd av zenerdioden er omtrent 30 MV / m.
Zenerdiodenedbrytning forekommer i moderat dopede p-type halvledere og tungt dopede n-type halvledere. Når krysstemperaturen øker, avtar zenerdiodestrippingen og skredsammenbruddsbidraget øker.
Zenerdioder har følgende typiske egenskaper. Vz — stabiliseringsspenning. Dokumentasjonen spesifiserer to verdier for denne parameteren: maksimal og minimum stabiliseringsspenning. Iz er minimum stabiliseringsstrøm. Zz er motstanden til zenerdioden. Izk og Zzk — strøm og dynamisk motstand ved likestrøm. Ir og Vr er maksimal lekkasjestrøm og spenning ved en gitt temperatur. Tc er temperaturkoeffisienten. Izrm — maksimal stabiliseringsstrøm for zenerdioden.
Zenerdioder er mye brukt som uavhengige stabiliserende elementer, så vel som som kilder til referansespenninger (referansespenninger) i transistorstabilisatorer.
For å oppnå små referansespenninger slås zenerdioder også på i foroverretningen, som vanlige dioder, da vil stabiliseringsspenningen til en zenerdiode være 0,7 - 0,8 volt.
Den maksimale effekten som spres av kroppen til en zenerdiode er vanligvis i området 0,125 til 1 watt. Dette er som regel tilstrekkelig for normal drift av beskyttelseskretser mot impulsstøy og for konstruksjon av stabilisatorer med lav effekt.