제너 다이오드 작동 원리
제너다이오드 또는 제너다이오드(반도체 제너다이오드)는 pn 접합의 역 바이어스 조건에서 안정적인 항복 모드로 동작하는 특수 다이오드이다. 이 고장이 발생하기 전까지는 닫힌 제너 다이오드의 높은 저항으로 인해 누설 전류인 아주 작은 전류만 제너 다이오드를 통해 흐릅니다.
그러나 결함이 발생하면 제너의 차동 저항이 이 지점에서 분수에서 수백 옴에 이르기 때문에 전류가 순간적으로 증가합니다. 이러한 방식으로 제너 다이오드 양단의 전압은 비교적 넓은 범위의 역전류에 걸쳐 매우 정확하게 유지됩니다.
제너 다이오드는 미국의 물리학자 클라렌스 멜빈 제너(Clarence Melvin Zener, 1905-1993)인 터널 고장 현상을 처음 발견한 과학자를 기리기 위해 제너 다이오드(영어 제너 다이오드에서 유래)라고 합니다.
얇은 전위 장벽을 통한 전자 누출 현상인 터널링 효과와 관련하여 제너가 발견한 pn 접합의 전기적 파괴는 오늘날 반도체 제너 다이오드에서 작용하는 제너 효과라고 합니다.
효과의 물리적 그림은 다음과 같습니다.p-n 접합의 역방향 바이어스에서 에너지 대역이 중첩되고 전자가 p 영역의 가전자대에서 n 영역의 전도대로 이동할 수 있습니다. 전기장, 이것은 자유 전하 캐리어의 수를 증가시키고 역 전류가 급격히 증가합니다.
따라서 제너 다이오드의 주요 목적은 전압을 안정화하는 것입니다. 업계에서는 최대 허용 역전류가 다른 1.8V ~ 400V, 고, 중, 저전력의 안정화 전압을 갖는 반도체 제너 다이오드를 생산합니다.
이를 기반으로 간단한 전압 안정기가 만들어집니다. 다이어그램에서 제너 다이오드는 다이오드 기호와 유사한 기호로 표시되며 제너 다이오드의 음극이 문자 «G»의 형태로 표시된다는 유일한 차이점이 있습니다.
안정화 전압이 약 7V인 잠재 통합 구조의 제너 다이오드는 가장 정확하고 안정적인 고체 전압 기준 소스입니다. 가장 좋은 예는 특징적으로 일반적인 Weston 갈바닉 전지(수은 카드뮴 기준 갈바니 전지)에 가깝습니다.
모든 종류의 장비의 서지 보호 회로에 널리 사용되는 고전압 애벌랜치 다이오드("TVS-다이오드" 및 "억제기")는 특수 유형의 제너 다이오드에 속합니다.
보시다시피 제너 다이오드는 기존 다이오드와 달리 I-V 특성의 역 분기에서 작동합니다. 일반 다이오드에서 역 전압이 가해지면 터널 고장, 눈사태 고장 및 누설 전류로 인한 열 가열로 인한 고장의 세 가지 방법 중 하나 (또는 한 번에 모두)로 고장이 발생할 수 있습니다.
실리콘 제너 다이오드의 열 파괴는 중요하지 않습니다. 터널 파괴, 애벌랜치 파괴 또는 두 가지 유형의 파괴가 모두 열 파괴 추세보다 오래 전에 동시에 발생하도록 설계되었기 때문입니다. 직렬 제너 다이오드는 현재 대부분 실리콘으로 만들어집니다.
5V 미만의 전압에서 항복은 제너 효과의 징후이며, 5V 이상의 항복은 눈사태 항복의 징후입니다. 약 5V의 중간 항복 전압은 일반적으로 이러한 두 가지 효과의 조합으로 인해 발생합니다. 제너다이오드가 파괴되는 순간의 전계강도는 약 30MV/m이다.
제너 다이오드 항복은 적당히 도핑된 p형 반도체와 과도하게 도핑된 n형 반도체에서 발생하며, 접합 온도가 증가함에 따라 제너 다이오드 스트리핑이 감소하고 애벌런치 항복 기여도가 증가합니다.
제너 다이오드는 다음과 같은 일반적인 특성을 가지고 있습니다. Vz — 안정화 전압. 문서는 이 매개변수에 대해 최대 및 최소 안정화 전압의 두 가지 값을 지정합니다. Iz는 최소 안정화 전류입니다. Zz는 제너 다이오드의 저항입니다. Izk 및 Zzk — 직류에서의 전류 및 동적 저항. Ir 및 Vr은 주어진 온도에서 최대 누설 전류 및 전압입니다. Tc는 온도 계수입니다. Izrm — 제너 다이오드의 최대 안정화 전류.
제너 다이오드는 트랜지스터 안정기의 기준 전압(기준 전압) 소스뿐만 아니라 독립적인 안정화 요소로 널리 사용됩니다.
작은 기준 전압을 얻기 위해 제너 다이오드도 일반 다이오드처럼 순방향으로 켜지면 하나의 제너 다이오드의 안정화 전압은 0.7 - 0.8V가 됩니다.
제너 다이오드 본체에서 소비되는 최대 전력은 일반적으로 0.125~1와트 범위입니다. 이것은 일반적으로 임펄스 노이즈에 대한 보호 회로의 정상적인 작동과 저전력 안정기 구성에 충분합니다.