Как работи ценеровият диод

Ценеров диод или ценеров диод (полупроводников ценеров диод) е специален диод, който работи в стабилен режим на пробив при условия на обратно отклонение на pn прехода. Докато не настъпи този срив, през ценеровия диод преминава само много малък ток, токът на изтичане, поради високото съпротивление на заключения ценеров диод.

Но когато възникне повреда, токът моментално се увеличава, тъй като диференциалното съпротивление на стабилитрона е в този момент от фракции до стотици оми. По този начин напрежението в ценеровия диод се поддържа много точно в определен диапазон на обратни токове, относително широк.

Ценеровият диод се нарича ценеров диод (от английския Zener diode) в чест на учения, открил за първи път феномена на разрушаване на тунела, американския физик Кларънс Мелвин Зенер (1905 — 1993).

Електрическият пробив на pn прехода, открит от Ценер, свързан с тунелния ефект, явлението изтичане на електрони през тънка потенциална бариера, сега се нарича ефект на стабилитрон, който днес служи в полупроводникови ценерови диоди.

Физическата картина на ефекта е следната. При обратното отклонение на p-n прехода енергийните ленти се припокриват и електроните могат да преминат от валентната зона на p-областта към зоната на проводимост на n-областта, поради електрическо поле, това увеличава броя на свободните носители на заряд, а обратният ток рязко нараства.

По този начин основната цел на стабилитрона е да стабилизира напрежението. Промишлеността произвежда полупроводникови стабилитрони със стабилизационни напрежения от 1,8 V до 400 V, висока, средна и ниска мощност, които се различават по максимално допустимия обратен ток.

На тази основа се правят прости стабилизатори на напрежение. В диаграмите ценеровите диоди са обозначени със символ, подобен на символа на диод, с единствената разлика, че катодът на ценеровите диоди е изобразен под формата на буквата «G».

Ценеровите диоди с латентна интегрирана структура, със стабилизационно напрежение от около 7 V, са най-точните и стабилни референтни източници на напрежение в твърдо състояние: техните най-добри примери са характерно близки до нормалната галванична клетка Weston (референтна живачно-кадмиева галванична клетка) .

Лавиновите диоди с високо напрежение («TVS-диоди» и «супресори»), които се използват широко във вериги за защита от пренапрежение на всякакъв вид оборудване, принадлежат към специален тип ценерови диоди.

Както можете да видите, ценеровият диод, за разлика от конвенционалния диод, работи върху обратния клон на I — V характеристиката. В обикновен диод, ако към него се приложи обратно напрежение, може да възникне повреда по една от трите пътеки (или всички наведнъж): пробив в тунела, лавинен пробив и пробив поради термично нагряване от токове на утечка.

Топлинното разрушаване на силиконовите ценерови диоди не е важно, тъй като те са проектирани така, че или пробив в тунела, лавинен пробив или и двата вида пробив възникват едновременно много преди тенденцията към термичен пробив. Серийните ценерови диоди в момента са направени предимно от силиций.

Пробив при напрежение под 5 V е проява на ефекта на Ценер, пробив над 5 V е проява на лавинен пробив. Междинно напрежение на пробив от около 5 V обикновено е резултат от комбинация от тези два ефекта. Силата на електрическото поле в момента на разрушаване на ценеровия диод е около 30 MV / m.

Разрушаването на ценеровия диод се случва в умерено легирани полупроводници от p-тип и силно легирани полупроводници от n-тип.С повишаване на температурата на кръстовището, оголването на ценеровия диод намалява и приносът на лавинния пробив се увеличава.

Ценеровите диоди имат следните типични характеристики. Vz — стабилизационно напрежение. Документацията посочва две стойности за този параметър: максималното и минималното стабилизационно напрежение. Iz е минималният стабилизационен ток. Zz е съпротивлението на ценеровия диод. Izk и Zzk — токово и динамично съпротивление при постоянен ток. Ir и Vr са максималният ток на изтичане и напрежение при дадена температура. Tc е температурният коефициент. Izrm — максимален стабилизационен ток на ценеровия диод.

Стабилитронните диоди се използват широко като независими стабилизиращи елементи, както и като източници на референтни напрежения (референтни напрежения) в транзисторни стабилизатори.

За да се получат малки референтни напрежения, ценеровите диоди също се включват в посока напред, подобно на обикновените диоди, тогава стабилизиращото напрежение на един ценеров диод ще бъде 0,7 — 0,8 волта.

Максималната мощност, разсейвана от корпуса на ценеровия диод, обикновено е в диапазона от 0,125 до 1 ват. Това, като правило, е достатъчно за нормална работа на защитните вериги срещу импулсен шум и за изграждане на стабилизатори с ниска мощност.