Das Funktionsprinzip einer Zener-Diode basiert auf dem Zener-Effekt, der auftritt, wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist und ihre Durchbruchspannung erreicht. Normalerweise arbeitet eine Diode in Vorwärtsrichtung, sodass der Strom in eine Richtung fließen kann, während er in der Rückwärtsrichtung blockiert wird. Wenn eine Zener-Diode jedoch in Sperrrichtung vorgespannt ist und die angelegte Spannung ihre Durchbruchspannung (bekannt als Zener-Spannung oder Zener-Durchbruchspannung) überschreitet, beginnt die Diode, in Sperrrichtung zu leiten. Diese Leitung erfolgt aufgrund des Lawineneffekts oder Quantentunnelns, bei dem Ladungsträger genügend Energie gewinnen, um den Verarmungsbereich zu durchqueren und so einen Weg für den umgekehrten Stromfluss zu schaffen. Diese Eigenschaft macht Zenerdioden nützlich für die Spannungsregelung und den Schutz in elektronischen Schaltkreisen.
Eine Zenerdiode ist eine Art Halbleiterdiode, die bei Sperrvorspannung im Durchbruchbereich arbeitet. Ihr Funktionsprinzip basiert auf dem Zener-Effekt, bei dem die Diode im Sperrdurchbruchbetrieb an ihren Anschlüssen eine nahezu konstante Spannung aufrechterhält. Unter normalen Sperrvorspannungsbedingungen leitet die Zenerdiode keinen nennenswerten Strom. Wenn die Sperrspannung jedoch die Zener-Nennspannung überschreitet, beginnt die Diode in Sperrrichtung zu leiten und sorgt so für einen stabilen Spannungsabfall an ihren Anschlüssen. Diese einzigartige Eigenschaft ermöglicht den Einsatz von Zenerdioden zur Spannungsregelung, Spannungsreferenz und zum Schutz vor Spannungsspitzen in elektronischen Schaltkreisen.
Das Funktionsprinzip einer Standarddiode besteht in ihrer Fähigkeit, Strom in eine Richtung zu leiten (Vorwärtsvorspannung) und gleichzeitig Strom in die entgegengesetzte Richtung zu sperren (Rückwärtsvorspannung). Wenn eine Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist, was bedeutet, dass die Spannung an ihr einen problemlosen Stromfluss von der Anode zur Kathode ermöglicht, verhält sie sich wie ein geschlossener Schalter. In diesem Zustand weist die Diode einen geringen Durchlassspannungsabfall auf, der bei Siliziumdioden typischerweise etwa 0,7 Volt beträgt, sodass Strom durch den Schaltkreis fließen kann. Wenn die Diode dagegen in Sperrichtung vorgespannt ist, weitet sich der Verarmungsbereich aus und verhindert so den Stromfluss bis auf einen kleinen Leckstrom. Dieses Grundprinzip der Gleichrichtung des Stromflusses macht Dioden zu unverzichtbaren Komponenten in der Elektronik zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom, zum Schutz von Schaltkreisen vor Verpolung und zur Steuerung der Stromflussrichtung.
Das Funktionsprinzip sowohl einer LED (Light Emitting Diode) als auch einer Zenerdiode basiert auf den Halbleitereigenschaften von Dioden, dient jedoch unterschiedlichen Zwecken. Eine LED fungiert als Halbleiterdiode, die Licht aussendet, wenn Strom in Durchlassrichtung durch sie fließt. Wenn an die Anschlüsse der LED eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im Halbleitermaterial der LED und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Dieses Phänomen ist als Elektrolumineszenz bekannt. Im Gegensatz dazu arbeitet eine Zener-Diode mit Sperrspannung und sorgt für einen stabilen Spannungsabfall an ihren Anschlüssen, wenn die Sperrspannung ihre Durchbruchspannung überschreitet. Diese Eigenschaft ermöglicht es Zenerdioden, Spannungspegel zu regulieren oder Schutz vor Spannungsspitzen in elektronischen Schaltkreisen zu bieten.
Das Hauptmerkmal einer Zener-Diode ist ihre Fähigkeit, eine stabile Spannung an ihren Anschlüssen aufrechtzuerhalten, wenn sie im Durchbruchbereich betrieben wird. Diese Eigenschaft wird durch die Zenerspannung (Vz) quantifiziert, bei der es sich um die Spannung handelt, bei der die Diode beginnt, in Sperrrichtung zu leiten. Sobald die angelegte Sperrspannung die Zener-Spannung überschreitet, leitet die Zener-Diode Strom und sorgt gleichzeitig für einen konstanten Spannungsabfall an ihren Anschlüssen. Dieses Verhalten ermöglicht den Einsatz von Zenerdioden zur Spannungsregelung, Spannungsreferenz und zum Schutz vor Spannungsspitzen in elektronischen Schaltkreisen. Darüber hinaus weisen Zener-Dioden eine scharfe Durchbruchscharakteristik auf, was bedeutet, dass sie die Spannung innerhalb eines engen Spannungsbereichs, der durch ihre Zener-Spannungsnennleistung vorgegeben ist, genau regeln können.