Диод Зенера – это полупроводниковый прибор, который из-за особенностей своей структуры и принципа работы используется для поддержания постоянного напряжения или стабилизации напряжения в электрических цепях. У нас распространено другое его название – стабилитрон, а изначально он получил своё название в честь американского физика Кларенса Мэлвина Зенера, который первым описал свойства этого полупроводникового компонента во время его работы в Bell Labs.
Устройство диода Зенера принципиально похоже на обычный полупроводниковый диод, и он также, как и обычный полупроводниковый диод, имеет P-N переход. Стабилитрон даже можно использовать в качестве диода при напряжении меньшем, чем напряжение стабилизации. Однако наиболее ценное свойство стабилитрона можно использовать только при обратном включении. Когда диод Зенера подключен в обратном направлении (т.е. катод к плюсу, а анод к минусу источника напряжения), он пропускает ток только в том случае, если обратное напряжение превышает определенное значение, называемое напряжением стабилизации. При этом падение напряжения на самом стабилитроне остаётся постоянным вне зависимости от приложенного (в довольно широком диапазоне). Это уникальное свойство делает его весьма полезным компонентом для генерации опорного напряжения в электрических схемах. Типичные напряжения Зенера могут иметь такие значения, как 2.7 В, 3.9 В или 9.1 В, но могут варьироваться от менее одного вольта до сотен вольт.
Стабилитроны изготавливаются с сильно легированным переходом между p- и n- полупроводниковыми элементами, при этом заданное напряжение стабилизации устанавливается в результате этого процесса. Процесс работы диода Зенера основан на квантовом эффекте туннелирования. При достаточно высоком обратном напряжении происходит эмиссия электронов из валентной зоны полупроводника в зону проводимости, что приводит к возникновению обратного тока.
Область применений диода Зенера включает стабилизацию напряжения в источниках питания, защиту от перенапряжений, использование в регуляторах напряжения и других схемах, где необходимо поддерживать постоянное или стабильное напряжение.