La rottura di un diodo Zener avviene a causa di un processo chiamato rottura Zener o rottura a valanga. Questo fenomeno si verifica quando la tensione di polarizzazione inversa applicata al diodo Zener supera la sua tensione di rottura (nota anche come tensione Zener). Durante il normale funzionamento nella regione di polarizzazione inversa, scorre una piccola corrente inversa a causa dei portatori minoritari nel diodo. Tuttavia, quando la tensione di polarizzazione inversa aumenta e raggiunge la soglia di tensione Zener, il campo elettrico attraverso la regione di svuotamento diventa sufficientemente forte da provocare la generazione di coppie elettrone-lacuna attraverso la ionizzazione per impatto. Questo improvviso aumento dei portatori porta ad un aumento significativo della corrente attraverso il diodo, consentendogli di condurre pesantemente nella direzione opposta senza danni. Questa rottura controllata viene utilizzata nei circuiti di regolazione e protezione della tensione.
Il motivo principale della regione di rottura in un diodo, inclusi i diodi Zener, è la generazione di coppie elettrone-lacuna mediante ionizzazione per impatto quando la tensione di polarizzazione inversa supera un valore critico. Nella normale modalità di polarizzazione diretta, i diodi conducono la corrente consentendo ai portatori maggioritari (elettroni di tipo N e lacune di tipo P) di spostarsi attraverso la giunzione. Tuttavia, nella polarizzazione inversa, esiste una piccola corrente di dispersione dovuta ai portatori minoritari. Quando la tensione di polarizzazione inversa aumenta oltre una certa soglia (tensione Zener per i diodi Zener), il campo elettrico attraverso la giunzione diventa sufficientemente forte da ionizzare gli atomi nella regione di svuotamento. Questa ionizzazione crea portatori di carica aggiuntivi, portando ad un improvviso aumento del flusso di corrente attraverso il diodo, noto come corrente di rottura. Comprendere questo meccanismo di rottura è essenziale per progettare circuiti che utilizzano diodi sia in configurazioni di polarizzazione diretta che inversa.
Il potenziale di rottura di un diodo Zener si riferisce alla sua tensione Zener, che è un parametro critico che definisce la regione di rottura inversa del diodo. I diodi Zener sono appositamente progettati per funzionare in questa regione di guasto senza subire danni permanenti. Il potenziale di rottura, o tensione Zener, è generalmente specificato nelle schede tecniche e determina la tensione alla quale il diodo inizia a condurre fortemente nella direzione di polarizzazione inversa. Questa caratteristica rende i diodi Zener preziosi per la regolazione della tensione e la protezione nei circuiti elettronici in cui è fondamentale mantenere una tensione stabile. Selezionando diodi Zener con potenziali di rottura adeguati, i progettisti possono garantire un funzionamento affidabile e protezione contro picchi o fluttuazioni di tensione.
Sebbene i diodi Zener siano progettati per resistere e funzionare nella loro regione di guasto, possono potenzialmente guastarsi in condizioni estreme. Una corrente eccessiva attraverso il diodo durante un guasto, un’esposizione prolungata a temperature elevate o il superamento della tensione massima può causare danni permanenti o guasti al diodo Zener. È importante rispettare le specifiche del produttore relative alla corrente massima, alla dissipazione di potenza e ai valori di temperatura per evitare guasti al diodo Zener. Inoltre, l’integrazione di adeguati dissipatori di calore e resistori di limitazione della corrente nei progetti dei circuiti può migliorare l’affidabilità e la longevità dei diodi Zener in applicazioni che richiedono regolazione della tensione e soppressione dei transitori.
Il fenomeno di rottura di un diodo, inclusa la rottura Zener, si verifica quando la tensione di polarizzazione inversa applicata ai capi del diodo supera un valore critico noto come tensione di rottura. Nel caso dei diodi Zener, la rottura avviene a causa della ionizzazione per impatto all’interno della regione di svuotamento della giunzione del diodo. In condizioni di polarizzazione inversa, scorre una piccola corrente di dispersione dovuta a portatori minoritari. Quando la tensione di polarizzazione inversa raggiunge la soglia di tensione Zener, il campo elettrico attraverso la regione di svuotamento diventa abbastanza forte da ionizzare gli atomi, generando coppie elettrone-lacuna. Questo processo di ionizzazione porta ad un rapido aumento della corrente attraverso il diodo, consentendogli di condurre fortemente nella direzione inversa mantenendo la regolazione della tensione. Il fenomeno della rottura è fondamentale per il funzionamento dei diodi Zener nei circuiti di regolazione della tensione, nei dispositivi di protezione dalle sovratensioni e in altre applicazioni che richiedono un controllo preciso sui livelli di tensione e la soppressione dei transitori.
