11.4 : Diodi Zener

I diodi Zener sono dispositivi semiconduttori specializzati, progettati per funzionare nella regione di rottura inversa, dove consentono alla corrente di fluire nel catodo, rendendolo positivo rispetto all'anodo. Questa operazione inversa distingue i diodi Zener dai diodi convenzionali e ne consente l'uso in varie applicazioni, in particolare come regolatori di tensione. Una delle caratteristiche distintive dei diodi Zener è la loro curva caratteristica I-V (corrente-tensione) quasi verticale al di sopra di una certa corrente di soglia, nota come corrente di ginocchio, che consente al diodo Zener di mantenere una tensione relativamente stabile, su un'ampia gamma di correnti.

I produttori specificano la massima dissipazione di potenza di un diodo Zener e la sua tensione Zener a una corrente di prova specifica. La tensione Zener, che può variare da pochi volt a diverse centinaia di volt, varia leggermente al variare della corrente. Questa varianza è dovuta alla resistenza dinamica del diodo, definita come l'inverso della pendenza della sua curva I-V nella regione operativa. Una bassa resistenza dinamica è fondamentale per mantenere la stabilità della tensione al variare delle correnti, migliorando l'efficacia del diodo Zener nelle applicazioni di regolazione della tensione.

Tuttavia, è importante evitare di utilizzare i diodi Zener in regioni a bassa corrente dove la loro resistenza dinamica aumenta in modo significativo, poiché ciò può portare all'instabilità della tensione regolata. La dipendenza dalla temperatura della tensione Zener è un altro fattore critico, con il coefficiente di temperatura (espresso in millivolt per grado Celsius) che indica come la tensione cambia con la temperatura. I diodi Zener a bassa tensione generalmente presentano coefficienti di temperatura negativi, mentre i diodi ad alta tensione hanno coefficienti positivi. Per le applicazioni che richiedono una tensione di riferimento stabile con un'influenza minima sulla temperatura, un diodo Zener con coefficiente di temperatura positivo, può essere accoppiato in serie con un diodo a conduzione diretta, compensando efficacemente le variazioni di temperatura.