Hoe een zenerdiode werkt

Zenerdiode of zenerdiode (halfgeleider zenerdiode) is een speciale diode die werkt in een stabiele doorslagmodus onder omgekeerde bias-omstandigheden van de pn-overgang. Totdat deze doorslag optreedt, vloeit er door de hoge weerstand van de gesloten zenerdiode slechts een zeer kleine stroom door de zenerdiode, de lekstroom.

Maar wanneer er een fout optreedt, neemt de stroom onmiddellijk toe omdat de differentiële weerstand van de zener op dit punt varieert van fracties tot honderden ohm. Op deze manier wordt de spanning over de zenerdiode zeer nauwkeurig gehandhaafd over een relatief groot bereik aan tegenstromen.

De Zenerdiode wordt Zenerdiode genoemd (van het Engelse Zenerdiode) ter ere van de wetenschapper die als eerste het fenomeen tunneldoorslag ontdekte, de Amerikaanse natuurkundige Clarence Melvin Zener (1905 — 1993).

De elektrische doorslag van de pn-overgang, ontdekt door Zener, gerelateerd aan het tunneleffect, het fenomeen van elektronenlekkage door een dunne potentiaalbarrière, wordt nu het zenereffect genoemd, dat tegenwoordig wordt toegepast in Zener-diodes met halfgeleiders.

Het fysieke beeld van het effect is als volgt.In de omgekeerde voorspanning van de pn-overgang overlappen de energiebanden elkaar en kunnen elektronen van de valentieband van het p-gebied naar de geleidingsband van het n-gebied bewegen, als gevolg van elektrisch veld, hierdoor neemt het aantal vrije ladingsdragers toe en neemt de tegenstroom sterk toe.

Het belangrijkste doel van de zenerdiode is dus het stabiliseren van de spanning. De industrie produceert halfgeleider zenerdiodes met stabilisatiespanningen van 1,8 V tot 400 V, hoog, gemiddeld en laag vermogen, die verschillen in de maximaal toegestane tegenstroom.

Op basis hiervan worden eenvoudige spanningsstabilisatoren gemaakt. In de diagrammen worden zenerdiodes aangegeven met een symbool dat lijkt op het diodesymbool, met het enige verschil dat de kathode van zenerdiodes wordt weergegeven in de vorm van de letter «G».

Zenerdiodes met een latente geïntegreerde structuur, met een stabilisatiespanning van ongeveer 7 V, zijn de meest nauwkeurige en stabiele solid-state spanningsreferentiebronnen: hun beste voorbeelden liggen typisch dicht bij de normale Weston galvanische cel (kwik-cadmium-referentie galvanische cel).

Hoogspanningslawinediodes ("TVS-diodes" en "suppressors"), die veel worden gebruikt in overspanningsbeveiligingsschakelingen van allerlei soorten apparatuur, behoren tot een speciaal type zenerdiodes.

Zoals u kunt zien, werkt de zenerdiode, in tegenstelling tot de conventionele diode, op de omgekeerde tak van de I - V-karakteristiek. Als er in een gewone diode een sperspanning op wordt toegepast, kan een storing op drie manieren optreden (of allemaal tegelijk): tunneldoorslag, lawinedoorslag en doorslag als gevolg van thermische verwarming door lekstromen.

Thermische doorslag van silicium zenerdiodes is niet belangrijk omdat ze zo zijn ontworpen dat tunneldoorslag, lawinedoorslag of beide soorten doorslag gelijktijdig optreden lang voordat de thermische doorslagtrend optreedt. Serie zenerdiodes zijn momenteel grotendeels gemaakt van silicium.

Een storing bij een spanning onder de 5 V is een manifestatie van het Zener-effect, een storing boven de 5 V is een manifestatie van een lawinestoring. Een tussenliggende doorslagspanning van ongeveer 5 V is meestal het gevolg van een combinatie van deze twee effecten. De sterkte van het elektrische veld op het moment van uitval van de zenerdiode is ongeveer 30 MV / m.

Zenerdiodedoorslag treedt op in matig gedoteerde halfgeleiders van het p-type en zwaar gedoteerde halfgeleiders van het n-type.Naarmate de junctietemperatuur stijgt, neemt het strippen van de zenerdiode af en neemt de bijdrage van lawinedoorslag toe.

Zenerdiodes hebben de volgende typische kenmerken. Vz — stabilisatiespanning. De documentatie specificeert twee waarden voor deze parameter: de maximale en minimale stabilisatiespanning. Iz is de minimale stabilisatiestroom. Zz is de weerstand van de zenerdiode. Izk en Zzk - huidige en dynamische weerstand bij gelijkstroom. Ir en Vr zijn de maximale lekstroom en spanning bij een bepaalde temperatuur. Tc is de temperatuurcoëfficiënt. Izrm — maximale stabilisatiestroom van de zenerdiode.

Zenerdiodes worden veel gebruikt als onafhankelijke stabiliserende elementen, evenals bronnen van referentiespanningen (referentiespanningen) in transistorstabilisatoren.

Om kleine referentiespanningen te verkrijgen, worden zenerdiodes ook in voorwaartse richting ingeschakeld, zoals gewone diodes, dan zal de stabilisatiespanning van één zenerdiode 0,7 - 0,8 volt zijn.

Het maximale vermogen dat door het lichaam van een zenerdiode wordt gedissipeerd, ligt typisch in het bereik van 0,125 tot 1 watt. Dit is in de regel voldoende voor de normale werking van beveiligingscircuits tegen impulsruis en voor de constructie van stabilisatoren met laag vermogen.