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Il diodo zener

Il  Diodo  Zener

Il comportamento del diodo polarizzato inversamente, ovvero, applicando al catodo una tensione positiva rispetto all’anodo, scorre soltanto una debolissima corrente, detta “corrente di drift”, fino a quando la tensione applicata non raggiunge un valore tale da innescare “l’effetto valanga”. Funzionando in tali condizioni, un diodo normale arriva presto alla distruzione per surriscaldamento.
E’ tuttavia possibile, drogando fortemente il semiconduttore, ottenere un effetto simile all’effetto valanga, ma diverso per due aspetti fondamentali:

  1. il fenomeno può ripetersi indefinitamente senza che il diodo si distrugga
  2. il fenomeno si produce anche a tensioni basse, dell’ordine di qualche volt

Tale fenomeno, per cui, a tensione praticamente costante, si verifica un brusco aumento della corrente inversa, viene denominato “effetto Zener”; poichè il processo dipende dall’intensità del campo elettrico applicato, è possibile, modificando lo spessore dello strato a cui viene applicata la tensione, ottenere diodi zener che manifestano l’effetto valanga a tensioni diverse, in un campo che va da circa 4 volt a diverse centinaia di volt.
Grazie alle sue caratteristiche, il diodo zener viene ampiamente sfruttato per realizzare circuiti di stabilizzazione della tensione.

 

Osserviamo come prima particolarità che, nell’uso normale, mentre un diodo raddrizzatore viene attraversato dalla corrente nel senso anodo-catodo, un diodo zener viene inserito in circuito col catodo rivolto verso il positivo, così da essere attraversato da una corrente inversa nel senso catodo-anodo.
quando è sottoposto a tensione diretta, il suo funzionamento non si discosta da quello del diodo raddrizzatore; nel funzionamento con tensione inversa vediamo, invece, che l’effetto valanga si manifesta ad una tensione VZ molto bassa (nel caso specifico a 5,1 V). Questa tensione viene definita “tensione di zener” ed è caratteristica per quel tipo di diodo.

Il circuito di figura 1 costituisce il più semplice degli alimentatori stabilizzati; il suo impiego è limitato a carichi dall’assorbimento modesto, fino a qualche decina di mA. Il valore della resistenza Rz può essere determinato approssimativamente con la formula:

( Vi – Vz ) : ( Ic + Iz )

dove Vi è la tensione d’ingresso, Vz è la tensione del diodo zener (e quindi la tensione di uscita), Ic è la massima corrente che si richiede in uscita.
Iz è la corrente minima che deve passare nel diodo zener perchè questo possa svolgere la sua azione stabilizzatrice: il suo valore cambia da un tipo di diodo all’altro, ma si aggira intorno ai 5÷10 mA.

Un diodo zener è quindi caratterizzato in primo luogo dalla tensione a cui si verifica l’effetto valanga (tensione di zener); importante è poi la massima potenza che il diodo può dissipare senza distruggersi: i diodi di uso più comune sono adatti a potenze comprese fra 0,35 e 1 o 2 W.