11.7 : Modellamento delle Caratteristiche Inverse dei Diodi

Nei circuiti elettronici, le configurazioni dei diodi con polarizzazione inversa sono fondamentali per la regolazione dei livelli di tensione. I diodi Zener sfruttano il fenomeno della rottura inversa e mostrano una rottura controllata ad una specifica tensione Zener (VZ). Sono progettati per mantenere una tensione costante tra i terminali e sono comunemente utilizzati per la regolazione della tensione nei circuiti.

Quando una tensione inversa applicata a un diodo Zener supera la sua tensione di rottura, il diodo entra nella regione di rottura. A questo punto, la curva caratteristica corrente-tensione (I-V) del diodo è effettivamente verticale per correnti superiori a una certa soglia, nota come corrente di ginocchio (IZ).

La legge sulla tensione di Kirchhoff aiuta nel fornire una relazione matematica tra la tensione della sorgente, la caduta di tensione del diodo e la corrente del diodo, che è rappresentata graficamente dalla linea di carico e indica tutti i possibili punti di equilibrio per il diodo nel circuito. L'intersezione della linea di carico con la curva caratteristica del diodo, indica il punto di funzionamento stazionario Q.

A correnti superiori al ginocchio, la tensione del diodo Zener rimane stabile, cambiando poco con ulteriori aumenti di corrente. Questa stabilità è una conseguenza della resistenza incrementale del diodo, definita come il reciproco della pendenza della curva nel punto operativo. Pertanto, la variazione di tensione attraverso il diodo è proporzionale alla resistenza incrementale e alla corrente che supera la corrente di ginocchio. La capacità del diodo Zener di mantenere una tensione costante su un intervallo di correnti, lo rende prezioso per creare tensioni di riferimento stabili e proteggere i circuiti da condizioni di sovratensione.

I produttori forniscono la tensione di rottura inversa, la corrente di ginocchio, la resistenza incrementale e la potenza nominale per i diodi Zener. La potenza nominale permette di stimare la massima corrente possibile che può fluire attraverso il diodo Zener, senza danneggiarlo.