A quebra de um diodo Zener ocorre devido a um processo chamado quebra de Zener ou quebra de avalanche. Este fenômeno acontece quando a tensão de polarização reversa aplicada ao diodo Zener excede sua tensão de ruptura (também conhecida como tensão Zener). Sob operação normal na região de polarização reversa, uma pequena corrente reversa flui devido aos portadores minoritários no diodo. No entanto, à medida que a tensão de polarização reversa aumenta e atinge o limiar de tensão Zener, o campo elétrico através da região de depleção torna-se forte o suficiente para causar a geração de pares elétron-buraco através da ionização por impacto. Este aumento repentino nos portadores leva a um aumento significativo na corrente através do diodo, permitindo que ele conduza fortemente na direção reversa sem danos. Esta quebra controlada é utilizada em circuitos de regulação e proteção de tensão.
A principal razão para a região de ruptura em um diodo, incluindo diodos Zener, é a geração de pares elétron-buraco por ionização por impacto quando a tensão de polarização reversa excede um valor crítico. No modo de polarização direta normal, os diodos conduzem corrente permitindo que os portadores majoritários (elétrons no tipo N e lacunas no tipo P) se movam através da junção. No entanto, na polarização reversa, existe uma pequena corrente de fuga devido às portadoras minoritárias. Quando a tensão de polarização reversa aumenta além de um certo limite (tensão Zener para diodos Zener), o campo elétrico através da junção torna-se forte o suficiente para ionizar os átomos na região de depleção. Esta ionização cria portadores de carga adicionais, levando a um aumento repentino no fluxo de corrente através do diodo, conhecido como corrente de ruptura. Compreender esse mecanismo de ruptura é essencial para projetar circuitos que utilizam diodos em configurações de polarização direta e reversa.
O potencial de ruptura de um diodo Zener refere-se à sua tensão Zener, que é um parâmetro crítico que define a região de ruptura reversa do diodo. Os diodos Zener são especialmente projetados para operar nesta região de ruptura sem sofrer danos permanentes. O potencial de ruptura, ou tensão Zener, é normalmente especificado em folhas de dados e determina a tensão na qual o diodo começa a conduzir fortemente na direção de polarização reversa. Esta característica torna os diodos Zener valiosos para regulação e proteção de tensão em circuitos eletrônicos onde a manutenção de uma tensão estável é crucial. Ao selecionar diodos Zener com potenciais de ruptura apropriados, os projetistas podem garantir operação confiável e proteção contra picos ou flutuações de tensão.
Embora os diodos Zener sejam projetados para suportar e operar dentro de sua região de ruptura, eles podem falhar sob condições extremas. Corrente excessiva através do diodo durante a quebra, exposição prolongada a altas temperaturas ou excesso de tensão máxima pode levar a danos permanentes ou falha do diodo Zener. É importante seguir as especificações do fabricante em relação à corrente máxima, dissipação de energia e classificações de temperatura para evitar falhas no diodo Zener. Além disso, a incorporação de dissipadores de calor e resistores limitadores de corrente adequados em projetos de circuitos pode aumentar a confiabilidade e a longevidade dos diodos Zener em aplicações que exigem regulação de tensão e supressão de transientes.
O fenômeno de ruptura de um diodo, incluindo a ruptura do Zener, ocorre quando a tensão de polarização reversa aplicada ao diodo excede um valor crítico conhecido como tensão de ruptura. No caso dos diodos Zener, a quebra ocorre devido à ionização por impacto na região de depleção da junção do diodo. Sob condições de polarização reversa, uma pequena corrente de fuga flui devido a portadoras minoritárias. Quando a tensão de polarização reversa atinge o limite de tensão Zener, o campo elétrico através da região de depleção torna-se forte o suficiente para ionizar os átomos, gerando pares elétron-buraco. Este processo de ionização leva a um rápido aumento na corrente através do diodo, permitindo que ele conduza fortemente na direção reversa enquanto mantém a regulação da tensão. O fenômeno de ruptura é fundamental para a operação de diodos Zener em circuitos de regulação de tensão, dispositivos de proteção contra surtos e outras aplicações que requerem controle preciso sobre níveis de tensão e supressão de transientes.
