Cara kerja dioda zener

Dioda zener atau dioda zener (dioda semikonduktor zener) adalah dioda khusus yang beroperasi dalam mode kerusakan stabil di bawah kondisi bias mundur dari sambungan pn. Sampai kerusakan ini terjadi, hanya arus yang sangat kecil yang mengalir melalui dioda zener, arus bocor, karena tingginya resistansi dioda zener tertutup.

Tetapi ketika terjadi kesalahan, arus langsung meningkat karena resistansi diferensial zener pada titik ini dari pecahan hingga ratusan ohm. Dengan cara ini, tegangan melintasi dioda zener dipertahankan dengan sangat tepat pada kisaran arus balik yang relatif luas.

Dioda Zener disebut dioda Zener (dari bahasa Inggris Zener diode) untuk menghormati ilmuwan yang pertama kali menemukan fenomena kerusakan terowongan, fisikawan Amerika Clarence Melvin Zener (1905-1993).

Kerusakan listrik pada persimpangan pn, yang ditemukan oleh Zener, terkait dengan efek tunneling, fenomena kebocoran elektron melalui penghalang potensial tipis, sekarang disebut efek zener, yang saat ini berfungsi dalam dioda semikonduktor Zener.

Gambaran fisik efeknya adalah sebagai berikut.Dalam bias balik dari persimpangan p-n, pita energi tumpang tindih dan elektron dapat berpindah dari pita valensi daerah-p ke pita konduksi daerah-n, karena Medan listrik, ini meningkatkan jumlah pembawa muatan gratis, dan arus balik meningkat tajam.

Jadi, tujuan utama dioda zener adalah untuk menstabilkan tegangan. Industri memproduksi dioda zener semikonduktor dengan tegangan stabilisasi dari 1,8 V hingga 400 V, daya tinggi, sedang, dan rendah, yang berbeda dalam arus balik maksimum yang diizinkan.

Stabilisator tegangan sederhana dibuat atas dasar ini. Dalam diagram, dioda zener ditunjukkan dengan simbol yang mirip dengan simbol dioda, dengan satu-satunya perbedaan bahwa katoda dioda zener digambarkan dalam bentuk huruf «G».

Dioda zener dengan struktur terintegrasi laten, dengan tegangan stabilisasi sekitar 7 V, adalah sumber referensi tegangan solid-state yang paling akurat dan stabil: contoh terbaiknya secara karakteristik dekat dengan sel galvanik Weston normal (sel galvanik referensi kadmium merkuri) .

Dioda longsoran tegangan tinggi ("dioda TVS" dan "penekan"), yang banyak digunakan dalam sirkuit pelindung lonjakan arus dari semua jenis peralatan, termasuk jenis khusus dioda zener.

Seperti yang Anda lihat, dioda zener, berbeda dengan dioda konvensional, bekerja pada cabang kebalikan dari karakteristik I — V. Dalam dioda biasa, jika tegangan balik diterapkan padanya, kegagalan dapat terjadi dalam salah satu dari tiga cara (atau sekaligus): kerusakan terowongan, kerusakan longsoran, dan kerusakan akibat pemanasan termal dari arus bocor.

Kerusakan termal dioda silikon zener tidak penting karena dirancang sedemikian rupa sehingga kerusakan terowongan, kerusakan longsoran salju, atau kedua jenis kerusakan tersebut terjadi secara bersamaan jauh sebelum tren kerusakan termal. Dioda seri zener saat ini sebagian besar terbuat dari silikon.

Kerusakan pada tegangan di bawah 5 V adalah manifestasi dari efek Zener, kerusakan di atas 5 V adalah manifestasi dari kerusakan longsoran. Tegangan tembus menengah sekitar 5 V biasanya dihasilkan dari kombinasi kedua efek ini. Kekuatan medan listrik pada saat kerusakan dioda zener adalah sekitar 30 MV / m.

Kerusakan dioda zener terjadi pada semikonduktor tipe-p yang didoping sedang dan semikonduktor tipe-n yang didoping berat.Ketika suhu persimpangan meningkat, pengupasan dioda zener menurun dan kontribusi kerusakan avalanche meningkat.

Dioda zener memiliki ciri khas sebagai berikut. Vz — tegangan stabilisasi. Dokumentasi menentukan dua nilai untuk parameter ini: tegangan stabilisasi maksimum dan minimum. Iz adalah arus stabilisasi minimum. Zz adalah resistansi dioda zener. Izk dan Zzk — resistansi arus dan dinamis pada arus searah. Ir dan Vr adalah arus dan tegangan bocor maksimum pada suhu tertentu. Tc adalah koefisien temperatur. Izrm — arus stabilisasi maksimum dioda zener.

Dioda zener banyak digunakan sebagai elemen penstabil independen, serta sebagai sumber tegangan referensi (tegangan referensi) dalam penstabil transistor.

Untuk mendapatkan tegangan referensi yang kecil, dioda zener juga dinyalakan dengan arah maju, seperti dioda biasa, maka tegangan stabilisasi satu dioda zener akan menjadi 0,7 — 0,8 volt.

Daya maksimum yang dihamburkan oleh badan dioda zener biasanya berkisar antara 0,125 hingga 1 watt. Ini, sebagai suatu peraturan, cukup untuk operasi normal sirkuit pelindung terhadap kebisingan impuls dan untuk konstruksi stabilisator berdaya rendah.