ツェナーダイオードガイド

ツェナーダイオードは、シリコンベースのディスクリート半導体で、電流を逆方向と順方向の両方向に流すことができる。ダイオードは、P-Nシリコン接合で構成され、特定の電圧閾値が満たされると逆方向に導通するように設計されている。

ツェナーダイオードには逆ブレークダウン電圧が設定されています。この電圧に達すると電流を流し始め、ダメージを与えることなく逆方向に動作します。ツェナーダイオードの主な利点の1つは、さまざまな電圧の範囲内で、ダイオードの電圧降下が一定に保たれることです。そのため、ツェナーダイオードは電圧調整用途に使用されています。

ツェナーダイオード仕様

ツェナーダイオードは製品によって消費電力、公称動作電圧、最大逆電流などの仕様が異なります。その他の一般的な仕様は以下の通りです。

• ツェナー電圧- 逆ブレークダウン電圧に関連しています。これは、製品により、通常2.4Vから200Vまでの範囲です。/li>
• 電流（最大）-定格ツェナー電圧における最大電流。200uAから200Aの範囲です。
• 電流（最小）- ダイオードがにツェナー電圧によりブレークダウンするため必要な最小電流。通常5mAから10mAの間です。
• 定格電力- ダイオードを流れる電流とダイオードにかかる電圧の両方を含む、ダイオードの最大電力損失定格。標準的な値としては、400mW、500mW、1W、5W等。表面実装型ダイオードの場合、標準値は200mW、350mW、500mW、1Wです。
• 電圧公差- 通常±5%
• 温度安定性- 最も安定したダイオードは5V程度です
• ツェナー抵抗- ダイオードの抵抗値

ツェナーダイオードは、以下のような様々な用途に使用されています。

• 電圧調整
• 電圧リファレンス
• サージ サプレッション
• スイッチングアプリケーション
• クリッパー回路

ツェナーダイオードを使用することにより、負荷電流が変動する条件下でも安定した低リップル出力電圧を得ることが可能です。適切な抵抗器を用いて電源からダイオードに微小電流を流すと、必要な電圧降下を維持するのに十分な電流が流れます。負荷の値が変化すると、出力される平均電圧も変化します。しかし、ツェナーダイオードを追加することにより、均一な電圧を出力することができます。

ツェナーダイオードは電圧を安定させるために働くため、DC電源に電気的なノイズを発生させることがあります。これはほとんどの用途で問題ありませんが、解決方法としてはダイオードの出力に大容量のデカップリングコンデンサを追加することで、より平滑化されてノイズが改善されることがあります。

ツェナーダイオードは逆電流でも動作するため、電圧レギュレータ回路に使用することで一定のDC電圧出力を維持することができます。この定電圧は、入力電圧の変動や負荷電流の変化にかかわらず、維持することができます。

このボルテージレギュレータ回路は、入力電圧に直列に接続された電流制限抵抗で構成されています。そして、ダイオードと負荷は並列に接続する必要があります。安定化した電圧出力とダイオードの降伏電圧は常に同じになります。

ツェナーダイオードの動作原理は、逆電流でダイオードがブレイクダウンする原因と同じです。ツェナー型とアバランシェ型の2種類があります。

ツェナーブレイクダウン

ツェナーのブレイクダウンは、2V～8Vの逆電圧で発生します。電界の強さは価電子に力を加え、価電子を原子核から切り離すことができます。このとき、移動可能な電子-正孔対が形成されるため、電流が増加します。

ツェナーブレークダウンは、一般的にダイオードで、大きな電界と低いブレークダウン電圧を持つ場合に発生します。温度が高くなると価電子がより多くのエネルギーを獲得するため、外向きの電圧は少なくてすみます。このことは、ツェナーブレークダウン電圧が温度とともに低下することも意味します。

アバランチ・ブレイクダウン

ブレイクダウン電圧の大きいダイオードでは、最低8Vの逆電圧条件でもブレイクダウンが起こります。ダイオードを流れる電子が共有結合の電子と衝突し、結合を破壊します。電圧が高くなると電子の速度も速くなるので、共有結合をより簡単に破壊できます。また、アバランシェ降伏電圧も温度とともに上昇することが知られています。

以下の画像は、回路図の中で使用される標準的なツェナーダイオードのシンボルを描写しています。

この記号は、回路図においてツェナーダイオードの存在がどのように表記されるかを示しています。同様に、回路図にこの記号が表示されている場合、ツェナーダイオードが回路内のその位置に存在することを意味します。

この図では、上記を踏まえて、ツェナーダイオードの詳細な情報を示しています。図の上段は、ダイオードの記号と、アノードとカソードに関連するプラスとマイナスを示しています。図の下線は、ツェナーダイオードの記号とは対照的に、現実的なダイオードの簡略化されたものを除いて、同じものを示しています。

ツェナーダイオードを複数個直列に接続できますか？

複数のツェナーダイオードを直列に接続することは可能で、これは通常、特定のツェナー電圧を得るために行われます。しかし、複数のダイオードを使用する場合、ツェナー電流も監視し、最大値を超えないようにする必要があります。これは、許容される最大ツェナー電流が、直列に接続されたダイオードのうち最も小さいものと等しくなるためです。これは、2つのツェナーダイオードを直列に接続するシナリオにおいて、ツェナー電流の仕様が同じでない場合、一方のツェナー電流または電圧は規定値を示さないことも意味します。

ツェナーダイオードとダイオードの違いは何ですか？

ダイオードは単一方向（一方向）に導通する半導体部品です。ツェナーダイオードも半導体部品ですが、順方向と逆方向どちらの条件でも導通することが大きな違いです。もう一つの重要な違いは、不純物添加の多さです。通常のダイオードにも適度に添加されているのに対し、よりシャープな降伏電圧を実現するため、PN接合部に大量に添加されています。