Stabilizacja napięcia w układach elektronicznych ma istotne znaczenie dla prawidłowego działania tych układów i dla ich bezpieczeństwa. Wystarczy zastosować diodę Zenera, żeby rozwiązać ten problem.
Clarence Melvin Zener był amerykańskim fizykiem, który przeszedł do historii tym, że odkrył zjawisko nazwane od jego nazwiska, a dotyczące błyskawicznego wzrostu prądu w chwili, gdy napięcie polaryzujące osiągnie wartość większą niż charakterystyczna dla danego złącza. To zjawisko nazywane bywa również przebiciem Zenera. Od nazwiska tego naukowca nazwana została również jedna z odmian diody półprzewodnikowej.
Diody Zenera – czym są?
W przypadku diody Zenera istotnym parametrem jest napięcie złącza p-n, nazywane również napięciem przebicia. Jest ono dokładnie określone, chociaż jego tolerancja jest ustawiana przez producentów przeważnie na 5%. Należy podkreślić, że napięcie przebicia nie wpływa w żaden sposób negatywnie na diodę i nie powoduje jej uszkodzenia. Dioda Zenera jest tak skonstruowana, że może osiągnąć stan przebicia bardzo gwałtownie. Produkuje się je w wersji do montażu na ścieżkach płytki drukowanej (diody SMD), jak i w wersji, gdzie nóżki są montowane do ścieżek po drugiej stronie płytki drukowanej (dioda THT).
Jak działają diody Zenera?
Podczas normalnej pracy dioda Zenera spełnia dokładnie te same funkcje jak zwykła dioda półprzewodnikowa i zachowuje się tak samo (anoda jest dodatnio spolaryzowana wobec katody). Również przy polaryzacji zaporowej dioda Zenera nie wyróżnia się niczym szczególnym i działa jak dioda krzemowa. Prawdziwe działanie diody Zenera pojawia się wtedy, gdy gwałtownie wzrasta prąd Zenera po tym, jak napięcie przebicia zostaje przekroczone. Napięcie jest stabilizowane, ponieważ w diodzie Zenera wzrasta bardzo powoli. Jak to wygląda w praktyce? W przypadku małego napięcia do 5 V pojawia się tylko zjawisko Zenera. Gdy jego wartość zawiera się w przedziale od 5 V do 7 V, pojawia się dodatkowo przebicie lawinowe. Natomiast powyżej 7 V nie ma już zjawiska Zenera, a pozostaje jedynie przebicie lawinowe.
Gdzie stosować diody Zenera?
Skoro wiemy już, jak działa dioda Zenera i czym się charakteryzuje, należy wyjaśnić, gdzie tego rodzaju podzespoły są najczęściej stosowane. Wykorzystanie diod Zenera jest dość szerokie. Z racji swoich możliwości ograniczania wzrostu napięcia tego rodzaju diody często pojawiają się w stabilizatorach napięcia, ale również są używane w układach elektronicznych jako elementy przeciwprzepięciowe i zabezpieczające inne podzespoły. Należy również podkreślić, że diody Zenera wykorzystywane są również często, gdy trzeba dokonać przesunięcia poziomu napięć. Nie wszyscy wiedzą, ale tego rodzaju diody chętnie używa się do kryptografii, szczególnie w generatorach liczb losowych.
Diody Zenera to był ważny krok w rozwoju elektroniki. Dziś tego rodzaju podzespoły są wykorzystywane powszechnie w różnych urządzeniach i układach elektronicznych, a dioda Zenera należy do podstawowych elementów elektronicznych.
