Hur en zenerdiod fungerar
Zenerdiod eller zenerdiod (halvledarzenerdiod) är en speciell diod som arbetar i ett stabilt nedbrytningsläge under omvända förspänningsförhållanden i pn-övergången. Tills detta genombrott inträffar flyter endast en mycket liten ström genom zenerdioden, läckströmmen, på grund av den slutna zenerdiodens höga resistans.
Men när ett fel uppstår, ökar strömmen omedelbart eftersom differensmotståndet hos zenern är vid denna punkt från bråkdelar till hundratals ohm. På så sätt hålls spänningen över zenerdioden mycket exakt över ett relativt brett område av backströmmar.
Zenerdioden kallas för en Zenerdiod (från engelska Zenerdioden) för att hedra den vetenskapsman som först upptäckte fenomenet tunnelnedbrytning, den amerikanske fysikern Clarence Melvin Zener (1905 — 1993).
Den elektriska nedbrytningen av pn-övergången, upptäckt av Zener, relaterad till tunneleffekten, fenomenet elektronläckage genom en tunn potentialbarriär, kallas nu för zenereffekten, som idag fungerar i halvledar-zenerdioder.
Den fysiska bilden av effekten är följande.I p-n-övergångens omvända bias överlappar energibanden och elektroner kan röra sig från valensbandet i p-området till n-områdets ledningsband, p.g.a. elektriskt fält, ökar detta antalet gratis laddningsbärare, och backströmmen ökar kraftigt.
Det huvudsakliga syftet med zenerdioden är alltså att stabilisera spänningen. Industrin producerar halvledarzenerdioder med stabiliseringsspänningar från 1,8 V till 400 V, hög, medel och låg effekt, som skiljer sig i den maximalt tillåtna backströmmen.
Enkla spänningsstabilisatorer är gjorda på denna basis. I diagrammen indikeras zenerdioder med en symbol som liknar diodsymbolen, med den enda skillnaden att katoden för zenerdioder är avbildad i form av bokstaven «G».
Zenerdioder med en latent integrerad struktur, med en stabiliseringsspänning på cirka 7 V, är de mest exakta och stabila halvledarspänningsreferenskällorna: deras bästa exempel är karakteristiskt nära den normala Weston galvaniska cellen (kvicksilverkadmium referensgalvanisk cell).
Högspännings lavindioder ("TVS-dioder" och "dämpare"), som används i stor utsträckning i överspänningsskyddskretsar av all slags utrustning, tillhör en speciell typ av zenerdioder.
Som du kan se fungerar zenerdioden, till skillnad från den konventionella dioden, på den omvända grenen av I - V-karakteristiken. I en vanlig diod, om en omvänd spänning appliceras på den, kan fel uppstå på ett av tre sätt (eller allt på en gång): tunnelavbrott, lavinbrott och haveri på grund av termisk uppvärmning från läckströmmar.
Termisk nedbrytning av kiselzenerdioder är inte viktig eftersom de är utformade så att antingen tunnelnedbrytning, lavinhaveri eller båda typerna av haveri inträffar samtidigt långt innan trenden för termisk haveri. Seriens zenerdioder tillverkas för närvarande mestadels av kisel.
Ett haveri vid en spänning under 5 V är en manifestation av Zener-effekten, ett haveri över 5 V är en manifestation av ett lavinhaveri. En mellanliggande genomslagsspänning på cirka 5 V resulterar vanligtvis från en kombination av dessa två effekter. Styrkan hos det elektriska fältet i ögonblicket för sammanbrott av zenerdioden är cirka 30 MV / m.
Zenerdiodnedbrytning sker i måttligt dopade halvledare av p-typ och kraftigt dopade halvledare av n-typ. När övergångstemperaturen ökar, minskar zenerdiodens strippning och lavinnedbrytningsbidraget ökar.
Zenerdioder har följande typiska egenskaper. Vz — stabiliseringsspänning. Dokumentationen anger två värden för denna parameter: maximal och lägsta stabiliseringsspänning. Iz är den minsta stabiliseringsströmmen. Zz är motståndet för zenerdioden. Izk och Zzk — ström och dynamisk resistans vid likström. Ir och Vr är den maximala läckströmmen och spänningen vid en given temperatur. Tc är temperaturkoefficienten. Izrm — maximal stabiliseringsström för zenerdioden.
Zenerdioder används ofta som oberoende stabiliserande element, såväl som som källor för referensspänningar (referensspänningar) i transistorstabilisatorer.
För att få små referensspänningar slås även zenerdioder på i framåtriktningen, som vanliga dioder, då blir stabiliseringsspänningen för en zenerdiod 0,7 — 0,8 volt.
Den maximala effekten som försvinner av kroppen hos en zenerdiod är typiskt i intervallet 0,125 till 1 watt. Detta är som regel tillräckligt för normal drift av skyddskretsar mot impulsljud och för konstruktion av lågeffektstabilisatorer.