Ildiodo Zener è un tipo didiodo agiunzione p-n, il cui comportamento è determinato dalla combinazione dell'effetto Zener e dell'effetto dibreakdown a valanga, ed è caratterizzato dalla tensioneZener Vz, corrispondente alla tensione di breakdown, dipendente dallaresistività del materiale (cioè daldrogaggio delle zone p ed n) nonché dallatemperatura di lavoro. Viene spesso usato in polarizzazione inversa come elemento di riferimento della tensione al valore Vz e trova applicazione come stabilizzatore di tensione.
Se polarizzato direttamente (tensione anodo > tensione catodo), il diodo Zener ha un comportamento analogo ai diodi comuni (primo quadrante del grafico in figura). Caratteristica peculiare del diodo Zener è il suo comportamento quando è polarizzato inversamente (tensione anodo < tensione catodo) e viene utilizzato in questo modo nella maggior parte delle applicazioni.
Quando la tensione ai capi del diodo Zener è compresa tra0 V e, esso si comporta come un circuito aperto (benché continui a scorrere una piccolacorrente di saturazione inversa, generalmente dell'ordine dei 10~100 μA, e quindi non rilevabile dai comuni strumenti). Quando la tensione raggiunge il valore di entrano in azione due processi. Il primo è il comuneeffetto valanga presente anche in altre tipologie di diodo; il secondo, quello preponderante e da cui tale diodo prende il nome, è l'effetto Zener, derivante dal fatto che labanda di valenza della regione p è talmente vicina allabanda di conduzione della regione n che alcuni elettroni sono in grado, pereffetto tunnel, di spostarsi dall'una all'altra[1].
Il diodo Zener è in grado di resistere al forte passaggio di corrente e mantiene ai suoi capi la tensione Vz. Quando la tensione scende al di sotto di |Vz|, il componente ritorna allo stato di interdizione.
L'effetto Zener è ottenutodrogando fortemente le due zone p ed n. Applicando la tensione di Zener Vz si crea un campo elettrico di circa 20MV/m che è sufficiente a strappare agliatomi glielettroni di valenza.Variando il drogaggio delle due zone si possono ottenere tensioni di breakdown comprese tra 2 V e 600 V.
Altro parametro importante che influisce sulle prestazioni del diodo Zener è la stabilità intemperatura. Con un'opportuna selezione è possibile ottenere diodi (es. 1N829[2]), aventi uno scostamento del valore della tensione di Zener per variazioni di 1K contenuto in 2 parti per milione. Tramite un'analoga selezione è possibile disporre di valori di tensione di Zener, con precisione ai centesimi di volt; diodi Zener con queste caratteristiche, dispositivi custom fuori commercio, sono presenti in apparecchiature elettroniche deglianni settanta-ottanta, come ad esempio alcunialimentatori odoscilloscopiHP.
Esempio di applicazione del diodo Zener (stabilizzatore di tensione).
Per questa caratteristica, i diodi Zener sono spesso impiegati come limitatori di tensione. Ad esempio, nel circuito in figura:
se Uin < |Vzener|, Uout = Uin
se Uin > |Vzener|, Uout = Vzener
Applicazioni pratiche sono l'utilizzo comescaricatore oppure come limitatore di tensione in dispositivi di limitazione (in gergo "barriere") per l'alimentazione di apparecchiature a protezione intrinseca (Ex-i) installate all'interno di aree classificate (ATEX).
