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定電圧ダイオードの説明

日语定電圧ダイオード【ていでんあつ diode】稳压二极管。

ツェナーダイオード（英語: Zener diode）はダイオードの一種。別名を定電圧ダイオードともいい、その名の通り、一定の電圧（リファレンス）を得る目的で使用される素子である。一般的な呼称はツェナーと省略されることが多く、文献によってはジーナーダイオードの記述もみられる。通常のダイオードは、逆方向に電圧をかけても、ほとんど電流は流れないため、整流や検波などの用に供される。ところが、ある一定の電圧（降伏電圧もしくはツェナー電圧という）を上回ると、アバランシェ降伏と呼ばれる現象により、急激に電流が流れるようになる。ツェナーダイオードが一般のダイオードと異なる点は、定電圧を得る目的で、降伏電圧が大幅に低くなるように設計されていることである。PN接合部に大量の不純物を添加し、P チャネルの価電子帯から N チャネルの伝導帯へ電子が移動しやすくなっている。この現象はトンネル効果によるもので、原子モデルでは共有結合のイオン化に該当する。このツェナー効果は、物理学者のクラレンス・ツェナーにより発見された。逆バイアスを印加されたツェナーダイオードは、制御された降伏を示し、ダイオードにかかる電圧が降伏電圧に等しくなるように電流が流れる。ここから印加電圧を上げてもダイオードでの電圧降下はあまり変わらず電流量が増大してゆく。たとえば、ツェナー降伏電圧が3.2 Vの素子に対してそれ以上の逆バイアス電圧を印加した場合は、電圧降下が3.2 Vになる。しかし、いくらでも電流を流せるわけではないので、増幅段の基準電圧を発生させたり、あまり電流を必要としない場面での電圧を安定化させたりする素子として使われるのが一般的である。この降伏電圧は、添加処理で極めて正確に調整することができる。このため、一般的に入手できるツェナーダイオードは種類が多く、1.2 Vから200 V程度まで販売されている。また、その誤差は、一般的なものでは5 %や10 %だが、0.05 %以内といった超高精度の商品も存在する。アバランシェダイオードにおけるアバランシェ現象も、これと類似している。実際には、同じ方法で2種類のダイオードが製造されているが、両方の現象の影響を受ける。約5.6 Vまでのシリコンダイオードではツェナー現象による影響が支配的で、負の温度係数を示す。5.6 V以上ではアバランシェ現象が支配的となり、正の温度係数を示す。 5.6 Vのダイオードでは、この2つの現象が同時に起こり、各々の温度係数が丁度相殺される。このため、温度による影響を極力抑えたい用途には5.6 Vのダイオードが適している。最新の製造技術により、電圧が5.6 V未満であれば温度係数を無視できる程度の素子を生産できるようになったが、電圧の高い素子では温度係数が劇的に大きくなる。たとえば、75 Vのダイオードの温度係数は、12 Vのダイオードの10倍にもなる。通常、このようなダイオードはすべて、降伏電圧によらず「ツェナーダイオード」の総称で市場に出回っている。