Dioden, die den Zener-Effekt nutzen
Das vom amerikanischen Physiker Clarence Melvin Zener entdeckte ungewöhnliche Phänomen des elektrischen Durchschlags ermöglichte die Entwicklung einer einzigartigen Art von Halbleiterbauelement, der Zener-Diode. Der Zener-Effekt ist eine Art elektrischer Durchschlag.
Es tritt in einer Diode mit einem in Sperrrichtung vorgespannten PN-Übergang auf, wenn das elektrische Feld das Tunneln von Valenzbandelektronen in das Leitungsband des Halbleiters ermöglicht, was zur Bildung einer großen Anzahl freier Minoritätsträger führt, die den Rückwärtsgang plötzlich verstärken Strom, der durch das Element fließt.
Zenerdioden – Einzigartige Leistung im Durchbruchsbereich
Eigenschaften einer Zenerdiode – die wichtigsten Informationen. Wenn die Diode bei einer relativ hohen Spannung in Sperrrichtung vorgespannt wird, dehnt sich der Verarmungsbereich des PN-Übergangs aus, was zur Erzeugung eines hohen elektrischen Feldes mit hoher Leistung am Übergang führt. Ausreichend starke elektrische Felder ermöglichen es den Elektronen, durch den Verarmungsbereich des Halbleiters zu tunneln, was zur Erzeugung einer großen Anzahl freier Ladungsträger führt.
Diese plötzliche Erzeugung von Trägern erhöht den Sperrstrom stark und verursacht einen starken Anstieg der Leitfähigkeit in der I/V-Kennlinie der Zenerdiode. Der Zener-Effekt unterscheidet sich vom Lawinendurchbruch.
Bei der Zenerspannung beschleunigt das elektrische Feld die Minderheitselektronen im Übergangsbereich auf ausreichend Energie, um durch Kollisionen mit den gebundenen Elektronen Elektron-Loch-Paare freizusetzen. Zener- und Lawineneffekte können in einer Diode gleichzeitig auftreten oder auch nicht.
Zenerdiode – Anwendung und Zweck
Normale Dioden sind nicht für den Betrieb im Fehlerbereich ausgelegt, während Zener-Dioden in diesem Bereich zuverlässig arbeiten (Spannungsstabilisierung) . Dies bedeutet, dass die Zenerdiode während des Leitens ihre Eigenschaften behält.
Dank dieser einzigartigen Eigenschaft eignen sie sich ideal für eine Reihe von Anwendungen, die sich die Tatsache zunutze machen, dass der Zener-Durchbruch im System für eine genau definierte Spannung für jedes Elementmodell auftritt. Eine typische Anwendung dieses Phänomens ist die Verwendung dieses Diodentyps als Parallelspannungsstabilisator .
Wenn eine solche Diode mit einem Widerstand in Reihe geschaltet wird, fließt ein Strom, so dass der Spannungsabfall am Widerstand dazu führt, dass die Spannung an der Zener-Diode gleich der Zener-Spannung dieses Elements ist. Weitere Einsatzmöglichkeiten von Zenerdioden sind Überspannungsschutz .
Um die Spannung am Eingang des Geräts zu begrenzen, wird eine Zener-Diode parallel zum Gerät geschaltet – ihr Vorhandensein stellt sicher, dass die Spannung am Eingang niemals die Zener-Spannung dieses Elements überschreitet.
