Diody Zenera, podobnie jak klasyczne diody półprzewodnikowe, odpowiadają za kontrolę napięcia prądu elektrycznego. Obecność diod w układzie elektrycznym jest kluczowa dla jego niezawodnej i bezpiecznej pracy. Jak działają diody Zenera, co je wyróżnia względem innych diod półprzewodnikowych? Poniżej znajdziecie opis działania i zastosowanie diod Zenera.
Diody Zenera, co je wyróżnia?
Diody Zenera wzięły swoją nazwę od tak zwanego Zjawiska Zenera. Definicja podaje, że Zjawisko Zenera oznacza gwałtowny wzrost prądu, który następuje po przekroczeniu przez napięcie polaryzujące pewnej określonej wartości nazywanej napięciem Zenera. Dotyczy to wyłącznie diod półprzewodnikowych, do których zaliczamy również diody Zenera. Są to diody, które w swojej budowie zawierają charakterystyczne złącze p-n.
Diody Zenera od innych diod półprzewodnikowych różnią się następującymi parametrami:
-
Kiedy dochodzi do przekroczenia napięcia Zenera, czyli dochodzi do przebicia, diody Zenera nie ulegają uszkodzeniu. To główna cecha odróżniająca te elementy od klasycznych diod półprzewodnikowych.
-
Wytrzymałość elektryczna diod Zenera (po której przekroczeniu dochodzi do przebicia), jest dokładnie określona, z uwzględnieniem 5% tolerancji.
-
Diody Zenera umożliwiają gwałtowne przejście do stanu przebicia.
Jak działają diody Zenera?
Podobnie jak pozostałe diody półprzewodnikowe, również diody Zenera w trakcie pracy anoda jest dodatnio spolaryzowana wobec katody. Anoda to kierunek, w którym prąd wpływa, a katoda to miejsce wypływania prądu. Przy polaryzacji zaporowej na diodę Zenera działa prąd wsteczny o niewielkim natężeniu. Do tego momentu diody Zenera działają tak samo, jak pozostałe diody półprzewodnikowe, w tym diody krzemowe.
Różnica pojawia się w momencie, kiedy dochodzi do przebicia prądu. Dochodzi do gwałtownego wzrostu wartości prądu. Stabilizacja napięcia jest uzyskiwana dzięki powolnemu wzrostowi napięcia w diodach. Przy około 5 V występuje zjawisko Zenera, powyżej 5-7 V dochodzi do przebicia lawinowego, czyli wzrostu prądu w obwodzie (który nie uszkadza złącza). Powyżej 7 V utrzymuje się wyłącznie zjawisko przebicia lawinowego. Powstały prąd nazywany jest często prądem jonizacji lawinowej.
Zastosowanie diod Zenera
Diody Zenera znajdują zastosowanie w różnego rodzaju stabilizatorach, które spotykamy w instalacjach i systemach elektrycznych. Diody Zenera mogą służyć również do przesuwania poziomów napięć. Często stosuje się je również jako elementy zabezpieczające i przeciwprzepięciowe (transile).
W ostatnim przypadku diody Zenera chronią delikatne elementy systemu przed skutkami przepięć, tłumią przepięcia i impulsy o wysokim napięciu. Są bardzo skuteczne dzięki szybkości reakcji.
Diody Zenera znajdują również zastosowanie w kryptografii. Kryptografia to dziedzina, która zajmuje się utajnianiem danych, broniąc zakodowanych treści przed dostępem niepowołanych osób. Zastosowanie diod Zenera w kryptografii jest jednym z najciekawszych zastosowań tych elementów.
