ツェナー ダイオード
ツェナー ダイオードは PN 接合ダイオードに非常に似ています。ただし、通常は逆バイアス モードで動作します。これは、特別に作成された、高濃度にドープされた PN 接合ダイオードです。その結果、ツェナー ダイオードは、逆方向に動作するように設計された、高度にドープされた半導体ダイオードです。
ツェナー ダイオードは、降伏領域を最大化するために特別に作成されたダイオードでもあります。これは、ダイオードの n 型材料が電源の正端子にリンクされていることを意味します。 P 型材料は、電源の負の端にもリンクされています。強くドープされた半導体材料により、ダイオードの空乏領域は非常に薄いです。
ツェナー ダイオードの仕様
ツェナー ダイオードには、公称動作電圧、消費電力、最大逆電流、パッケージングなど、さまざまな構成があります。以下は、最もよく使用されるツェナー ダイオードの仕様の一部です。
1.電圧 (V ず ): 2.4 V から約 200 V の範囲の逆ブレークダウン電圧は、ツェナー電圧と呼ばれます。それでも、表面実装デバイスの最大電圧が約 47 V であるのに対し、1 kV に達する可能性があります。
2.電流 (私 ず -最大): 定格ツェナー電圧 Vz では、最大電流は 200 マイクロアンペアから 200 アンペアの範囲になります。
3.電流（私 ず 分): ダイオードを破壊するのに必要な最小電流は 5 ～ 10 mA です。
4.定格電力: ダイオード両端の電圧とダイオードを流れる電流の積によって、ツェナー ダイオードが消費できる最大電力が決まります。 400 mW、500 mW、1 W、および 5 W が一般的な量です。
5.通常、5% の電圧許容誤差が使用されます。
6.ダイオードの温度安定性は約5 Vです。
7.表面実装およびリード付きデバイスは、個別のデバイスとして、または集積回路の一部として使用できます。
8.ツェナー抵抗 (つまり、R ず ): ダイオードにも抵抗値があり、I-V 特性に見られる場合があります。
ツェナー ダイオードの働き
ツェナー ダイオードに印加される逆電圧が増加すると、降伏電圧に達し、ツェナー電流が高い値に達します。逆電圧がさらに増加しても、降伏領域のツェナー ダイオードの両端の電圧は上昇しません。代わりに、電流が増加します。電源電圧が変化すると、ツェナー電圧 (Vz) と呼ばれる一定の値がツェナー ダイオードの両端で維持されます。その結果、電圧調整器として機能します。
負の X 軸に沿って逆電圧を取り、負の Y 軸に沿って逆電流を取ると、逆特性が得られます。逆電圧が特定の値に達すると、逆電流は巨大な値に増加しますが、ダイオードの両端の電圧は一定のままです。 Vz は、回路がブレークダウンする電圧です。
ツェナー ダイオードの V-I 特性曲線
ツェナー ダイオードは、ここで説明するいくつかの異なる段階またはゾーンを通過します。
(a). ツェナー ダイオードは、特性曲線の右半分で、アノード端子とカソード端子間に正の電圧である順方向電圧を受けます。この領域では、ダイオードは順方向にバイアスされます。この間、電圧がしきい値電圧と呼ばれる特定のポイントに到達するまで、しばらくの間、電流はごくわずかです。このポイントで指数関数的に上昇します。
(b).ツェナーダイオードに関して言えば、特性曲線の左半分がより重要です。ツェナー ダイオードは、この時点でカソード端子とアノード端子間に正の電圧を受け取ります。この領域では、ダイオードは逆バイアスされます。逆電圧を受けると、電流は最初はかなり小さいです。ダイオードには、漏れ電流と呼ばれるわずかな電流しか流れません。ブレークダウン電圧に達すると、電流が急上昇します。その極端なピークのために、この電流はなだれ電流として知られています。
(c).アバランシェ電流のためだけでなく、ツェナー ダイオードの電圧がこのポイントに達すると、たとえその両端の電流が劇的に増加しても、その電圧で一定のままであるため、ブレークダウン電圧ポイントは非常に重要です。これにより、ツェナー ダイオードは電圧調整アプリケーションで価値のあるものになります。
(d) ツェナーの両端の電圧がこの降伏電圧 (ツェナー ダイオードのツェナー電圧 VZ とも呼ばれます) に達すると、ツェナーがそれ自体で低下する電圧は増加しません。ツェナー ダイオードのツェナー電圧が 5.1V で、ダイオードに供給される電圧が約 5.1V の場合、ツェナーは端子間で 5.1V 降下します。電圧 (および電流) が増加し続け、たとえば 12V になったとしても、ツェナー ダイオードは 5.1V のツェナー電圧を維持します。
(e).これは、ツェナー ダイオードの最も重要な機能の 1 つであり、前述のように、回路内で電圧レギュレータとして動作することができます。回路内の電圧または電流が増加した場合でも、上の I-V 特性曲線が示すように、ツェナーの両端で低下した電圧は、そのブレークダウンまたはツェナー電圧を超えることはありません。
ツェナー内訳
故障の原因は、電圧が 5.5 ボルトを下回ると発生するツェナー降伏現象です。また、5.5 ボルトで発生するイオン化にも影響を与える可能性があります。どちらのプロセスでも同じ結果が得られるため、個別の回路は必要ありません。ただし、各プロセスの温度係数は異なります。ツェナー効果の温度係数は負ですが、衝撃効果の温度係数は正です。 2 つの温度効果はほぼ同等であるため、互いに打ち消し合います。このため、ツェナー ダイオードは広い温度範囲で最も安定しています。
雪崩の内訳
アバランシェ降伏メカニズムの原因は逆飽和電流です。 PN 接合は、P 型と N 型の材料で構成されています。 P 型材料と N 型材料が出会う点で、空乏領域が形成されます。
PN 接合の P および N 型材料は理想的ではなく、p 型材料の電子や N 型材料の正孔などの不純物を含んでいます。空乏領域の幅はさまざまです。それらの幅は、P 領域と N 領域の端子に与えられるバイアスによって決まります。
空乏ゾーンを横切る電界は、逆バイアスによって増加します。強い電場が空乏層全体に広がると、空乏領域を横切るときに少数電荷キャリアの速度が増加します。これらのキャリアは結晶の原子と衝突します。電荷キャリアは、強力な衝突により電子を原子から引き離します。
衝突の結果、電子正孔対が増加します。電子と正孔のペアは、高電界で誘導されると、結晶内の他の原子と急速に分裂して衝突します。このプロセスは進行中であり、電界が増加すると、逆電流が PN 接合に流れ始めます。雪崩ブレイクダウンは、このプロセスの名前です。ダイオードが完全に焼損したため、接合部は故障後に元の位置に戻ることができません。
結論
ツェナー ダイオードは、電流を双方向に流すことができるシリコン製の半導体デバイスです。特定の電圧に達すると、ダイオードの特別な高度にドープされた p-n 接合が反対方向に伝導するように設計されています。ツェナー ダイオードには、電流を伝導し始める明確に定義された逆ブレークダウン電圧があり、逆バイアスで動作する場合があります。損傷なしで無期限にモード。さらに、ダイオード両端の電圧降下は広範囲の電圧にわたって一定に保たれるため、ツェナー ダイオードは電圧調整に最適です。
