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Quando un diodo a giunzione è polarizzato al contrario, non permette alla corrente di passare e se continuiamo ad aumentare la tensione inversa per cui è fabbricato, arriverà un momento chiamato rottura a valanga, in quel preciso momento il diodo condurrà e diventerà totalmente inutile. È precisamente a questo punto che lo Zener funziona, cioè funziona nella zona di valanga o di ripartizione controllata.
Quindi è molto interessante in applicazioni dove il carico da alimentare è molto sensibile agli sbalzi di tensione, circuiti dove la precisione della tensione è critica come circuiti integrati, tensioni di riferimento di amplificatori operazionali, è anche spesso usato nell’uscita di alcuni alimentatori dove non è necessaria molta corrente a causa del costo inferiore di questi contro un regolatore di tensione.
Nel diagramma seguente possiamo vedere che è necessario un resistore limitatore, lo stesso sistema che abbiamo usato con i diodi LED, la sua missione è quella di assorbire la differenza di tensione di alimentazione meno la tensione Zener, così anche se la tensione di alimentazione aumenta la tensione al carico non lo farà a causa del diodo Zener e il resistore limitatore assorbe la tensione in eccesso, mantenendo la tensione stabile nel carico.
Tensione del diodo Zener
Il diodo Zener è un diodo di silicio pesantemente drogato[1] che è costruito per funzionare nelle zone di ripartizione, dal nome del suo inventore Clarence Melvin Zener. Il diodo Zener è la parte essenziale dei regolatori di tensione quasi costante, indipendentemente dalle grandi variazioni della tensione di rete, dalla resistenza del carico e dalla temperatura.
A volte sono chiamati erroneamente diodi a valanga, poiché mostrano un comportamento simile ai diodi a valanga, ma i meccanismi coinvolti sono diversi. Inoltre, se la tensione di alimentazione è inferiore alla tensione del diodo, il diodo non può eseguire la sua regolazione caratteristica.
Il suo simbolo è come quello di un diodo normale ma ha due terminali ai lati. Bisogna tener presente che, come ogni dispositivo elettronico, il diodo Zener ha delle limitazioni, una delle quali è la dissipazione di potenza. Se i suoi parametri non vengono presi in considerazione, il componente si brucerà.
Caratteristica tensione-corrente di un diodo Zener con una tensione di rottura di 17 volt. Notate il cambiamento della scala di tensione tra la direzione forward-biased (positiva) e la direzione reverse-biased (negativa).
Curva caratteristica del diodo Zener
Definizione: Un diodo Zener, noto anche come diodo di ripartizione, è un dispositivo semiconduttore al silicio che permette alla corrente di fluire non solo in direzione avanti come un tipico diodo al silicio o al germanio, ma anche in direzione opposta se la tensione è maggiore della tensione di ripartizione (tensione Zener), dal nome di Clarence Melvin Zener, lo scopritore di questa proprietà elettrica.
Il simbolo schematico di un diodo normale ha una linea dritta che rappresenta il catodo, mentre il diodo Zener ha una linea piegata che assomiglia alla lettera Z (per Zener). Ha perfettamente senso, vero?
Il primo quadrante del grafico rappresenta la polarizzazione diretta di un diodo Zener. Dal grafico si capisce che è quasi identico al bias diretto di qualsiasi altro diodo a giunzione P-N.
Quando la tensione d’ingresso è superiore alla tensione di breakdown dello Zener, la corrente scorre attraverso il diodo e crea una caduta di tensione attraverso il resistore; questo innesca l’SCR e crea un corto circuito verso terra. Il corto circuito apre il fusibile e scollega il carico dall’alimentazione. Questo può essere evitato usando il diodo Zener.
Applicazioni dei diodi Zener
Mentre i diodi convenzionali al silicio o al germanio funzionano bene come raddrizzatori ed elementi di commutazione nella maggior parte delle applicazioni elettroniche, funzioni come la sintonizzazione elettronica, l’attenuazione elettronica, la rettificazione a bassa perdita e la generazione di riferimenti di tensione sono al di là della loro capacità. In origine, venivano utilizzati metodi più primitivi, costosi e massicci di “forza bruta” per realizzare questi compiti. Questi metodi hanno ora lasciato il posto a diodi più eleganti, per usi speciali, compresi i diodi varactor (o a capacità variabile), PIN, Schottky e Zener.
Questo articolo discute il ruolo e il funzionamento dei diodi per scopi speciali. Esamina poi le loro caratteristiche tipiche utilizzando esempi di Skyworks Solutions e ON Semiconductor, prima di concludere con circuiti di esempio per mostrare come usarli efficacemente.
Il diodo Zener è fabbricato utilizzando giunzioni p-n altamente drogate che risultano in uno strato di esaurimento molto sottile. Il campo elettrico risultante in questa regione è molto alto, anche a basse tensioni applicate. In queste condizioni, entrambi i meccanismi provocano una rottura del diodo, portando ad un’elevata corrente inversa:
