DSCF0772

147

4.2 Półprzewodnikowe elementy i układy elektroniczne

niewielka zmiana napięcia polaryzującego wywołuje znaczne zmiany prądu wstecznego (prądu Zenera /*). Zwyczajowo wartości napięcia i prądu Zenera podawane są w katalogach przyrządów półprzewodnikowych jako wartości dodatnie.

Typowym obszarem pracy diody Zenera jest zakres

przebicia złącza PN.

Wartość napięcia Zenera jest ściśle związana ze stopniem domieszkowania materiału półprzewodnikowego diody. Im bardziej silne jest domieszkowanie materiału półprzewodnika, tym niższe jest napięcie przebicia lawinowego złącza PN. Produkowane są obecnie diody o szerokim zakresie (2,7-200 V) napięć Zenera. W zakresie niskich wartości napięć Zenera (charakterystyki diod V2 do V4 na rys. 1) zagięcie charakterystyki w obszarze przejściowym jest mniej ostre, a nachylenie charakterystyki w obszarze przebicia jest mniejsze niż w przypadku diod o wyższym napięciu Zenera (V5-V8 na rys. 1). Jeśli potrzebne są niższe napięcia niż 2,7 V, to uzyskuje się je przez połączenie jednej (0,7 V) lub szeregowo dwóch diod krzemowych (1,4 V) spolaryzowanych w kierunku przewodzenia.

Rys. 1. Rodzina charakterystyk roboczych diod Zenera

Przykład:

Temperatura diody Zenera o napięciu roboczym U_z — 4,7 V wzrosła o 40 K. Współczynnik temperaturowy napięcia Zenera wynosi dla tej diody a_z=-0,2 ■ 10^-3 1/K. O ile i w jakim kierunku zmieniło się napięcie robocze?

Rozwiązanie:

AU_Z = a_z ■ A&-U_z =

= (-0,2 ■ 10-³ 1/K) • 40 K • 4,7V

37,6 mV

Zatem napięcie robocze diody zmniejszy się o 37,6 mV.

Zjawisko Zenera dominuje w zakresie niskich napięć przebicia złącza PN (do wartości nie przekraczającej 5,5 V). Wartość napięcia Zenera jest zależna nie tylko od stopnia domieszkowania materiału diody, ale również od temperatury złącza. Zależność tę charakteryzuje współczynnik temperaturowy zmiany napięcia Zenera a_z. Jeśli wartość tego współczynnika jest ujemna, to oznacza, że napięcie Zenera maleje wraz

ze wzrostem temperatury. Właściwość taką wykazują silnie domieszkowane diody o niskim napięciu Zenera {U_z < 5,5 V). Oznacza to, że wraz ze wzrostem temperatury ich charakterystyki prądowo-napięciowe przesuwają się w stronę osi prądu. W diodach tych dominuje efekt przebicia Zenera.

Diody o napięciu przebicia złącza nie przekraczającym wartości 5,5 V mają ujemny współczynnik temperaturowy zmiany napięcia Zenera.

Diody Zenera słabo domieszkowane (o napięciu powyżej 5,5 V) mają dodatni współczynnik temperaturowy napięcia Zenera. Dla tej grupy diod w obszarze przebicia złącza przeważa efekt lawinowy. Ze wzrostem temperatury wzrasta zatem napięcie przebicia. Jak łatwo zauważyć, diody Zenera o napięciu zbliżonym do 5,5 V charakteryzują się zerową wartością współczynnika temperaturowego zmiany napięcia Zenera. Oznacza to, że napięcie to nie zależy od temperatury złącza. Efekt ten jest wykorzystywany do budowy stabilnych temperaturowo źródeł napięcia odniesienia.

Parametry diod Zenera

Do podstawowych parametrów granicznych diod Zenera należą: maksymalny dopuszczalny prąd Zenera l_Zmax i dopuszczalna moc diody P_lot. Przy stałej wartości maksymalnej dopuszczalnej mocy diod wartość dopuszczalnego prądu maksymalnego diody będzie w relacji odwrotnie proporcjonalnej do wartości napięcia Zenera. Im większe jest to napięcie, tym niższa jest wartość maksymalna dopuszczalnego prądu. Zależność tę można zobrazować w postaci hiperboli wpisanej w charakterystykę prądowo-napięciową diody (rys. 1). Hiperbola ta zakreśla obszar charakterystyki prądowo-napięciowej, którego przekroczenie grozi uszkodzę-