ツェナー電圧とは？『温度特性』などを解説！

この記事では『ツェナー電圧』について

ツェナー電圧\(V_Z\)とは
ツェナー電圧\(V_Z\)の『バラツキ』・『特性』・『温度特性』

などを図を用いて分かりやすく説明するように心掛けています。ご参考になれば幸いです。

ツェナー電圧\(V_Z\)とは

ツェナーダイオードに印加する逆電圧\(V_R\)(カソードにプラス、アノードにマイナスを印加した時の電圧)を徐々に上げていくと、降伏現象が生じ、ある点で急激に電流が流れ始めます。

この急激に電流が流れ始める時の電圧をツェナー電圧(降伏電圧)\(V_Z\)といいます。また、その時に流れている電流をツェナー電流\(I_Z\)といいます。

降伏現象が生じた後は、ツェナー電流\(I_Z\)が変化してもツェナー電圧\(V_Z\)はそれほど変化しません。そのため、この特徴を利用して、ツェナーダイオードは定電圧回路に使用されていることが多いです。

ツェナー電圧\(V_Z\)のバラツキ

ツェナーダイオードのツェナー電圧\(V_Z\)はデータシートに記載されています。

上図に示しているのはローム製ツェナーダイオード(UDZVシリーズ)のデータシートの一部です。ツェナー電流\(I_Z\)が5mA流れている時のツェナー電圧\(V_Z\)が記載されています。

データシートにはツェナー電圧\(V_Z\)の「最小値(MIN.)」と「最大値(MAX.)」が記載されています。UDZV 20Bの場合、ツェナー電圧\(V_Z\)の最小値(MIN.)が19.520Vで最大値(MAX.)が20.390Vとなります。

これは、ツェナー電圧\(V_Z\)は同じ型番でもバラツキがあることを示しており、同じ条件でも個体によって、ツェナー電圧\(V_Z\)が19.520Vだったり20.390Vだったりするということです。

「ツェナー電流\(I_Z\)-ツェナー電圧\(V_Z\)」の特性

データシート上には「縦軸：ツェナー電流\(I_Z\)」で「横軸：ツェナー電圧\(V_Z\)」の特性(\(I_Z\)-\(V_Z\)特性)が記載されていることがあります。上図にローム製ツェナーダイオード(UDZV 20B)の「\(I_Z\)-\(V_Z\)特性」を示します。

先ほど、示した表ではツェナー電流\(I_Z\)が5mAの時のツェナー電圧\(V_Z\)が記載されていましたが、「\(I_Z\)-\(V_Z\)特性」ではツェナー電流\(I_Z\)が変化した時にどれくらいツェナー電圧\(V_Z\)が変化するかが分かります。

また、「\(I_Z\)-\(V_Z\)特性」を見ると、周囲温度\(T_a\)によりツェナー電圧\(V_Z\)が変化していることが分かります。「UDZV 20B」の場合は、周囲温度\(T_a\)が上昇すると、ツェナー電圧\(V_Z\)が増加しています。

次にツェナー電圧\(V_Z\)の温度特性について説明します。

ツェナー電圧\(V_Z\)の温度特性

ツェナーダイオードのツェナー電圧\(V_Z\)は温度によって変化します。

温度特性で特徴的なのはツェナー電圧\(V_Z\)の大きさによって、正の温度係数を持つツェナーダイオードもあれば負の温度係数を持つツェナーダイオードもあることです。

具体的には、ツェナー電圧\(V_Z\)が5V付近を境界とし、5V付近よりもツェナー電圧\(V_Z\)が高いものは正の温度係数を持つため、温度が上昇するとツェナー電圧\(V_Z\)が増加します。一方、5V付近よりもツェナー電圧\(V_Z\)が低いものは負の温度係数を持つため、温度が上昇するとツェナー電圧\(V_Z\)が減少します。

また、ツェナー電圧\(V_Z\)が5V付近のツェナーダイオードは正の温度係数と負の温度係数がお互いに打ち消し合うため、温度変化が小さくなります。