- Die Z-Diode (Zener-Diode) wird in Sperrrichtung betrieben und ist eine besonders hochdotierte Silicium-Diode mit geringer Sperrschichtdicke, die nach dem amerikanischen Physiker Clarence Melvin Zener, dem Entdecker des Zener-Effekts, benannt ist. Sie verhält sich in Durchlassrichtung wie eine normale Diode, in Sperrichtung wird sie ab der Durchbruchspannung sehr niederohmig und kann - bis zu ihrer Nennleistungsgrenze - Strom führen, ohne zerstört zu werden. (Siehe Kennlinienfeld)
- Die Grundlage für den Zener-Effekt ist eine durch Vorspannung hervorgerufene gegenseitige Verschiebung der Energiebänder im p-dotierten und im n-dotierten Bereich. Diese Verschiebung geht soweit, dass unbesetzte Zustände im Leitungsband die gleiche Energie haben wie besetzte Zustände im Valenzband. Durch diese Annäherung ist es Elektronen möglich, ohne Energieaufnahme aus dem Valenzband in das Leitungsband zu gelangen (Tunneleffekt).
- Die für den Zener-Durchbruch notwendige Mindestspannung wird als Zener-Spannung oder als Z-Spannung bezeichnet und liegt - je nach Dotierungsgrad - zwischen 2 und 5,5 V.
- Bei Durchbruchspannungen über 5,5V überwiegt der Lawinen- oder Avalanche-Effekt. Dabei werden Elektronen so stark beschleunigt, dass sie weitere Elektronen aus den Atombindungen schlagen. Dadurch ergibt sich ein lawinenartiger Anstieg freier Ladungstragäger (Elektronen) und damit ein geringerer differenzieller Widerstand rz. Wird der Strom durch äußere Widerstände nicht genügend begrenzt, entsteht ein heißes Plasma und die Diode wird zerstört.
Dioden mit Durchbruchsspannungen über 5,5 V werden oft fälschlicher Weise ebenfalls als Zenerdioden bezeichnet.
- Interessant ist, dass der Zener-Durchbruch einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, der Avalange-Durchbruch aber einen positiven Temperaturkoeffizienten hat. Die Folge daraus ist, dass Z-Dioden mit einer Durchbruchsspannung von 5,6 V einen besonders niedrigen Temperaturgang aufweisen!
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- Als übergreifende Bezeichnung für Zener-Dioden und Avalanche-Dioden hat sich - auch auf Wunsch von Herrn Zener - der Begriff "Z-Dioden" etabliert.
- Z-Dioden werden mit verschiedenen Nennleistungen für Z-Spannungen nach der Reihe E12 und E24 mit Werten von 2,2V - 100V (in Ausnahmefällen bis 600V) hergestellt. (Siehe Kennlinienfeld für ZPD)
- Anwendung finden Z-Dioden z.B.:
- bei der Gleichspannungsstabilisierung
- im Überlastschutz
- Schutz der Elektronik bei induktiver Last
- Kennlinienfeld
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