I diodi Zener vengono utilizzati principalmente per la regolazione della tensione e per scopi di riferimento della tensione nei circuiti elettronici. Sono progettati per funzionare nella regione di rottura quando polarizzati in modo inverso, mantenendo una caduta di tensione quasi costante sui terminali nota come tensione Zener (Vz). Questa caratteristica rende i diodi Zener preziosi per stabilizzare i livelli di tensione all’interno di un circuito, garantendo che una tensione specifica venga mantenuta indipendentemente dalle variazioni della tensione di ingresso o delle condizioni di carico. Ciò li rende ideali per le applicazioni in cui un’alimentazione di tensione stabile è fondamentale, come negli alimentatori, nei regolatori di tensione e nei circuiti di protezione.
I diodi Zener sono comunemente usati per fornire tensioni di riferimento stabili nei circuiti elettronici. La loro capacità di mantenere una caduta di tensione precisa in condizioni di polarizzazione inversa li rende adatti a generare riferimenti di tensione fissi utilizzati nei convertitori analogico-digitali (ADC), regolatori di tensione e interfacce di sensori. Incorporando i diodi Zener, gli ingegneri possono garantire che i componenti critici nei sistemi elettronici ricevano livelli di tensione costanti, migliorando così le prestazioni e l’affidabilità complessive del circuito.
Lo scopo speciale di un diodo Zener risiede nella sua caratteristica unica di mantenere una caduta di tensione stabile quando funziona con rottura inversa. Questa proprietà consente ai diodi Zener di proteggere i componenti elettronici sensibili dalle condizioni di sovratensione. Quando un diodo Zener viene posizionato attraverso un circuito, conduce corrente e blocca la tensione al livello della tensione di rottura (Vz), impedendo alla tensione di superare un limite di sicurezza. Questa funzione protettiva è fondamentale nelle applicazioni in cui improvvisi picchi o fluttuazioni di tensione potrebbero danneggiare o degradare i componenti del circuito, garantendo robustezza e longevità dei dispositivi elettronici.
I diodi Zener vengono utilizzati nella polarizzazione inversa perché mostrano la loro caratteristica tensione di rottura Zener in queste condizioni. Quando polarizzato inversamente, il diodo Zener mantiene una caduta di tensione (Vz) stabile tra i suoi terminali, che è determinata dalla struttura del diodo e dal profilo di drogaggio. Questo fenomeno di rottura inversa si verifica a causa dell’effetto valanga o effetto Zener, in cui i portatori di carica guadagnano abbastanza energia per liberarsi dai loro atomi e condurre la corrente in direzione opposta. Questo comportamento unico consente ai diodi Zener di regolare la tensione in modo efficace e fornire protezione contro le condizioni di sovratensione nei circuiti elettronici.
Un diodo Zener viene sempre utilizzato con un resistore limitatore di corrente (o in serie con un dispositivo limitatore) quando incorporato in un circuito. Questo resistore aiuta a limitare la corrente che scorre attraverso il diodo Zener quando entra in modalità di guasto. Senza un resistore di limitazione della corrente, una corrente eccessiva potrebbe fluire attraverso il diodo Zener durante il guasto, danneggiando potenzialmente il diodo o altri componenti nel circuito. Scegliendo correttamente il valore del resistore limitatore di corrente, gli ingegneri possono garantire il corretto funzionamento e la longevità del diodo Zener mantenendo stabile la regolazione della tensione o le funzioni di protezione all’interno del progetto del circuito.