11.4 : Zenerdioden

Zenerdioden sind spezielle Halbleiterbauelemente, die für den Betrieb im Sperrdurchbruchbereich ausgelegt sind, wo sie Strom in die Kathode fließen lassen, wodurch diese im Vergleich zur Anode positiv wird. Dieser Sperrbetrieb unterscheidet Zenerdioden von herkömmlichen Dioden und ermöglicht ihren Einsatz in verschiedenen Anwendungen, insbesondere als Spannungsregler. Eines der bestimmenden Merkmale von Zenerdioden ist ihre nahezu vertikale I-V-Kennlinie (Strom-Spannung) oberhalb eines bestimmten Schwellenstroms, der als Kniestrom bezeichnet wird und es der Zenerdiode ermöglicht, über einen weiten Strombereich eine relativ stabile Spannung aufrechtzuerhalten.

Hersteller geben die maximale Leistungsabgabe einer Zenerdiode und ihre Zenerspannung bei einem bestimmten Teststrom an. Die Zenerspannung, die von einigen Volt bis zu mehreren hundert Volt reichen kann, variiert leicht mit Stromänderungen. Diese Abweichung ist auf den dynamischen Widerstand der Diode zurückzuführen, der als Kehrwert der Steigung ihrer I-V-Kurve im Betriebsbereich definiert ist. Ein niedriger dynamischer Widerstand ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Spannungsstabilität bei unterschiedlichen Strömen und verbessert die Wirksamkeit der Zenerdiode bei Spannungsregelungsanwendungen.

Es ist jedoch wichtig, den Betrieb von Zenerdioden in Niedrigstrombereichen zu vermeiden, in denen ihr dynamischer Widerstand erheblich ansteigt, da dies zu einer Instabilität der geregelten Spannung führen kann. Die Temperaturabhängigkeit der Zenerspannung ist ein weiterer kritischer Faktor, wobei der Temperaturkoeffizient (ausgedrückt in Millivolt pro Grad Celsius) angibt, wie sich die Spannung mit der Temperatur ändert. Zenerdioden mit niedrigerer Spannung weisen im Allgemeinen negative Temperaturkoeffizienten auf, während Dioden mit höherer Spannung positive Koeffizienten haben. Für Anwendungen, die eine stabile Referenzspannung mit minimalem Temperatureinfluss erfordern, kann eine Zenerdiode mit positivem Temperaturkoeffizienten in Reihe mit einer vorwärtsleitenden Diode geschaltet werden, wodurch Temperaturschwankungen effektiv ausgeglichen werden.