Zenerdiode

Skjematisk symbol for en zenerdiode

En zenerdiode er en halvlederdiode som blir sterkt ledende for spenninger over en gitt verdi, kalt diodens zenerspenning. Zenerspenningen gjelder for diodens sperreretning. I lederetningen oppfører zenerdioden seg som en vanlig halvlederdiode. Zenerdiodene blir hovedsakelig karakterisert av størrelsen på gjennomslagsspenningen (zenerspenningen, gjennombruddsspenningen, på engelsk breakdown voltage).

Det er to forskjellige fysiske fenomener som fører til sperreretningens spenningsbegrensning. Den egentlige zenereffekten gjør seg gjeldende for spenninger under 5–6 volt. Her er det feltstyrken i krystallet som fører til at det blir ledende. For høyere spenninger skyldes spenningsbegrensningen den såkalte «lavineeffekten» (på engelsk avalanche breakdown), hvor mange elektroner slås løs av de få som løsner først.

Zenereffekten har en negativ temperaturkoeffisient og lavineeffekten en positiv. For zenerdioder hvor zenerspenningen er angitt til om lag 5,6 volt virker begge effektene samtidig og slike dioder oppviser derfor ganske temperaturstabile spenninger. De fleste småsignal bipolare transistorer oppviser en brukbar god zenerdiode i området 5–6 volt for B-E-dioden.

Zenerdioder karakteriseres også av maksimal effekt som kan tilføres dioden, i kombinasjon med hvor godt den kan kjøles.

Videre karakteristika for zenerdioder er deres dynamiske resistans, lekkstrømmen for lavere spenninger enn zenerspenningen, støyen som produseres og som nevnt temperaturkoeffisienten for spenningen. Støyen er bredbåndet og hvit med høy kvalitet (se hvit støy).

Som komponent kan zenerdioder leveres i spenningsområdet 1,5 til 100 volt, og for høyere spenninger i spesielle tilfeller. Oppdelingen av spenningsverdiene er gjerne hentet fra rekkene E6, E12 og E24 (se motstand), de leveres altså oppdelt mellom 6 og 24 verdier per dekade.

Betegnelsen kommer av navnet til den amerikanske fysikeren Clarence Melvin Zener (1. desember 1905–15. juli 1993) som oppdaget zenereffekten.

Bruksområder

Zenerdioder brukes svært ofte til å fastsette en spenning til en høvelig verdi i en gitt applikasjon. En svært typisk bruksmåte er å fø dioden via en seriemotstand fra en noe varierende spenningskilde og bruke spenningen over dioden som en stabil spenning (som ikke kan belastes mye). En slik konfigurasjon kalles en parallellregulator. Koples to like zenerdioder i serie rygg mot rygg har vi fått en komponent som sammen med en strømbegrensende motstand klipper vekselspenningssignaler symmetrisk med en amplitude som ligger noe over zenerspenningen.

Zenerspenningen er ikke særlig nøyaktig, ikke særlig stabil over strømtilførsel eller temperatur. Zenerdioder brukes derfor sjelden i presisjonskoplinger. Den er ellers en billig komponent.

Programmerbare hoppere på zenerdioder

En zenerdiode basert på et omvendt forspent emitterkryss for en integrert plan npn-transistor («overflate-zenerdiode») skiller seg fra diskrete zenerdioder med en liten begrensende stabiliseringsstrøm.

Eksterne lenker

• (en) Zener diodes – kategori av bilder, video eller lyd på Commons