Diodo Zener come regolatore di tensione

Un diodo Zener è uno di quelli appositamente progettatidiodi che funziona prevalentemente in condizioni di polarizzazione inversa. Sono più pesantemente drogati dei normali diodi, a causa dei quali hanno una regione di svuotamento ristretta. Mentre i diodi normali si danneggiano quando la tensione che li attraversa supera la tensione di guasto inversa, i diodi Zener funzionano esclusivamente in questa regione. La regione di esaurimento nel diodo Zener torna allo stato normale quando viene rimossa la tensione inversa. Questa particolare proprietà dei diodi Zener lo rende utile come regolatore di tensione. Vediamo come succede.

Vediamo prima come funziona un diodo Zener prima di capire Diodo Zener come regolatore di tensione.

Quando applichiamo una tensione inversa a un diodo Zener,una quantità trascurabile di corrente scorre attraverso il circuito. Quando viene applicata una tensione superiore a quella di Zener, si verifica la rottura di Zener. La rottura di Zener è un fenomeno in cui una quantità significativa di corrente scorre attraverso il diodo con un calo di tensione trascurabile. Quando aumentiamo ulteriormente la tensione inversa, la tensione attraverso il diodo rimane allo stesso valore della tensione di rottura Zener mentre la corrente continua a salire come si vede nel grafico sopra. Qui nel grafico V_z si riferisce alla tensione di rottura Zener. La tensione di scarica Zener può variare tipicamente da 1,2 V a 200 V a seconda della sua applicazione.

La parte eccitante di questo diodo è che possiamoscegliere il diodo Zener con una tensione di breakdown adatta a funzionare come regolatore di tensione nel nostro circuito. Ad esempio, vogliamo che la tensione su un carico nel nostro circuito non superi, diciamo, 12 volt. Quindi possiamo selezionare un diodo Zener con una tensione di breakdown di 12 volt e collegarlo attraverso il carico. Quindi, anche se la tensione di ingresso supera tale valore, la tensione sul carico non supererà mai i 12 volt.
Cerchiamo di capirlo con uno schema circuitale

Qui il diodo Zener è collegato attraverso il carico R_L. Vogliamo che la tensione attraverso il carico sia regolata e non superi il valore di V_z. A seconda delle nostre esigenze, scegliamo ildiodo Zener adatto con una tensione di rottura Zener vicina alla tensione richiesta attraverso il carico. Colleghiamo il diodo Zener in condizioni di polarizzazione inversa. Quando la tensione attraverso il diodo supera la tensione di rottura Zener, una quantità significativa di corrente inizia a scorrere attraverso il diodo. Poiché il carico è parallelo al diodo, anche la caduta di tensione attraverso il carico è uguale alla tensione di rottura Zener. Il diodo Zener fornisce un percorso per il flusso di corrente e quindi il carico viene protetto da correnti eccessive. Quindi il diodo Zener ha due scopi qui: Diodo Zener come regolatore di tensione così come protegge il carico da una corrente eccessiva.