Il principio di funzionamento di un diodo Zener si basa sull’effetto Zener, che si verifica quando il diodo è polarizzato inversamente e raggiunge la tensione di rottura. Normalmente, un diodo funziona con polarizzazione diretta, consentendo alla corrente di fluire in una direzione e bloccandola nella direzione opposta. Tuttavia, quando un diodo Zener è polarizzato inversamente e la tensione applicata supera la sua tensione di rottura (nota come tensione Zener o tensione di rottura Zener), il diodo inizia a condurre nella direzione inversa. Questa conduzione avviene a causa dell’effetto valanga o del tunneling quantistico, dove i portatori di carica guadagnano abbastanza energia per attraversare la regione di svuotamento, creando un percorso per il flusso di corrente inversa. Questa caratteristica rende i diodi Zener utili per la regolazione della tensione e la protezione nei circuiti elettronici.
Un diodo Zener è un tipo di diodo a semiconduttore progettato per funzionare nella regione di rottura quando polarizzato inversamente. Il suo principio di funzionamento si basa sull’effetto Zener, in cui il diodo mantiene una tensione quasi costante ai suoi terminali quando funziona con rottura inversa. In normali condizioni di polarizzazione inversa, il diodo Zener non conduce corrente apprezzabile. Tuttavia, quando la tensione inversa supera la tensione nominale Zener, il diodo inizia a condurre nella direzione inversa, mantenendo una caduta di tensione stabile tra i suoi terminali. Questa caratteristica unica consente di utilizzare i diodi Zener per la regolazione della tensione, il riferimento di tensione e la protezione contro i picchi di tensione nei circuiti elettronici.
Il principio di funzionamento di un diodo standard prevede la sua capacità di condurre corrente in una direzione (polarizzazione diretta) bloccando la corrente nella direzione opposta (polarizzazione inversa). Quando un diodo è polarizzato direttamente, ovvero la tensione ai suoi capi consente alla corrente di fluire facilmente dall’anodo al catodo, si comporta come un interruttore chiuso. In questo stato, il diodo ha una bassa caduta di tensione diretta, tipicamente intorno a 0,7 volt per i diodi al silicio, consentendo alla corrente di fluire attraverso il circuito. Al contrario, quando il diodo è polarizzato inversamente, la regione di svuotamento si allarga, impedendo il flusso di corrente tranne che per una piccola corrente di dispersione. Questo principio base di rettifica del flusso di corrente rende i diodi componenti essenziali nell’elettronica per convertire la corrente alternata in corrente continua, proteggere i circuiti dalla polarità inversa e controllare la direzione del flusso di corrente.
Il principio di funzionamento sia di un LED (diodo a emissione luminosa) che di un diodo Zener è radicato nelle proprietà dei semiconduttori dei diodi ma ha scopi diversi. Un LED funziona come un diodo a semiconduttore che emette luce quando la corrente lo attraversa nella direzione in avanti. Quando viene applicata una tensione diretta ai terminali del LED, gli elettroni e le lacune si ricombinano all’interno del materiale semiconduttore del LED, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). Questo fenomeno è noto come elettroluminescenza. Al contrario, un diodo Zener funziona con polarizzazione inversa e mantiene una caduta di tensione stabile sui suoi terminali quando la tensione inversa supera la tensione di rottura. Questa caratteristica consente ai diodi Zener di regolare i livelli di tensione o fornire protezione contro i picchi di tensione nei circuiti elettronici.
La caratteristica principale di un diodo Zener è la sua capacità di mantenere una tensione stabile ai suoi terminali quando viene utilizzato nella regione di rottura. Questa caratteristica è quantificata dalla tensione Zener (Vz), che è la tensione alla quale il diodo inizia a condurre nella direzione inversa. Una volta che la tensione inversa applicata supera la tensione Zener, il diodo Zener conduce corrente mantenendo una caduta di tensione costante tra i suoi terminali. Questo comportamento consente di utilizzare i diodi Zener per la regolazione della tensione, il riferimento di tensione e la protezione contro i picchi di tensione nei circuiti elettronici. Inoltre, i diodi Zener presentano una caratteristica di rottura netta, il che significa che possono regolare la tensione in modo accurato entro un intervallo ristretto di tensioni specificato dalla loro tensione nominale Zener.