11.7 : Modelowanie charakterystyki diody

W obwodach elektronicznych konfiguracje diod spolaryzowanych odwrotnie mają kluczowe znaczenie dla regulacji poziomów napięcia. Diody Zenera wykorzystują zjawisko przebicia odwrotnego i wykazują kontrolowane przebicie przy określonym napięciu Zenera (V_Z). Zostały zaprojektowane tak, aby utrzymywać stałe napięcie na zaciskach i są powszechnie stosowane do regulacji napięcia w obwodach.

Kiedy napięcie wsteczne przyłożone do diody Zenera przekracza napięcie przebicia, dioda wchodzi w obszar przebicia. W tym momencie krzywa charakterystyki prądu i napięcia (I-V) diody jest faktycznie pionowa dla prądów powyżej pewnego progu, znanego jako prąd kolanowy (I_Z).

Napięciowe prawo Kirchhoffa ułatwia ustalenie matematycznego związku pomiędzy napięciem źródła, spadkiem napięcia diody i prądem diody, który jest graficznie reprezentowany przez linię obciążenia i wskazuje wszystkie możliwe punkty równowagi diody w obwodzie. Przecięcie linii obciążenia z charakterystyką diody oznacza ustalony punkt pracy Q.

Przy prądach powyżej kolana napięcie diody Zenera pozostaje stabilne i niewiele się zmienia wraz z dalszym wzrostem prądu. Stabilność ta jest konsekwencją narastającego oporu diody, definiowanego jako odwrotność nachylenia krzywej w punkcie pracy. Zatem zmiana napięcia na diodzie jest proporcjonalna do przyrostowej rezystancji i prądu przekraczającego prąd kolana. Zdolność diody Zenera do utrzymywania stałego napięcia w szerokim zakresie prądów sprawia, że ​​jest ona nieoceniona przy tworzeniu stabilnych napięć odniesienia i ochronie obwodów przed przepięciami.

Producenci podają napięcie przebicia zwrotnego, rezystancję dynamiczną i moc znamionową diod Zenera. Moc znamionowa pozwala oszacować maksymalny możliwy prąd, jaki może przepłynąć przez diodę Zenera bez jej uszkodzenia.