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【ツェナーダイオードとは】定電圧ダイオードの特性や使い方を解説

機電派遣コラム この記事は約 6 分で読めます。

ツェナーダイオード電圧ダイオード)」は、半導体を用いた基本的な電子部品のことです。

トランジスタやICと同じ、能動部品に分類されています。

通常のダイオードは整流やスイッチング、検波などさまざまな用途に用いられていますが、ツェナーダイオードには異なる役割が存在します。

今回はツェナーダイオードの特性や使い方について、詳しく解説していきます。

 

ツェナーダイオードとは

ツェナーダイオード(定電圧ダイオード)とはダイオードの一種であり、一定の電圧を得るために使用する電子部品のことです。

ツェナーダイオードを使うことによって、電子回路の見た目をスマートに整えることができたり、制作する電子デバイスなどのコスト削減につなげることもできます。

 

一般的なダイオードは順方向の電圧を印加して使うのに対し、ツェナーダイオードは方向の電圧を使用します。

ダイオードは、降伏領域を超えると急激な電流が流れ、破壊されてしまうことがあります。

しかし、ツェナーダイオードを使用すると、降伏領域を超えても破壊されず、安定した電圧を作り出すことが可能です。

 

ツェナーダイオードは、逆流する電圧のを調節することで、目的の電圧を得るという仕組みになっています。

 

  • VZ

逆方向に働く降伏電圧のことを「ツェナー電圧(VZ)」と呼びます。

 

  • IZ

ツェナーダイオードがツェナー電圧を作り出す際の電流のを「ツェナー電流IZ)」と呼びます。

 

記号

ツェナーダイオードの記号は、下のとおり矢印の先に英語の「Z」のような縦線を加えることで表すことができます。

【記号】

 

ツェナーダイオードの温度特性

ツェナーダイオードの特徴は温度特性があることです。

まず、トンネル効果は負の温度係数(負特性アバランシェ効果は正の温度係数(正特性を持っています。

 

5V~6Vが基準となり、それよりも電圧が低いツェナーダイオードでは、トンネル効果によるツェナー・ブレークダウンが優位になり、反対に高い電圧の場合はアバランシェ・ブレークダウンが優位に働きます。

基準となる5V付近では、それらふたつの効果が同じような割合で発揮されるため、温度係数が打ち消しあい、温度が変化してもツェナー電圧が変化しにくいという特性があります。

 

ツェナーダイオードの使い方

ツェナーダイオードは、どのような回路で使用するのが適切なのか解説します。

 

直列接続について

ツェナーダイオードを直列接続する場合、目的のツェナー電圧を作り出すことが可能ですが、流すツェナー電流IZの値には注意が必要です。

全体の最大許容電流値は、接続されるツェナーダイオードの許容電流のどちらか小さい方が適用されます。

その許容損失の小さい方の範囲内で使用することが求められます。

 

電源回路の作り方

ツェナーダイオードは一本の抵抗と組み合わせることで、目的の電圧を得ることができます。

しかし、抵抗一本というシンプルな基本回路で5Vを取り出せたとしても、そのまま使用することはできません。

つまり、基本回路では大きな電力を扱うことができないということになります。

 

解決策としては、ツェナーダイオードを使って得られた電圧をトランジスタに肩代わりさせることが有効です。

 

このような電源回路を作る場合は、以下の2つの点に注意してください。

 

  • 電流に余裕をもったトランジスタを選ぶ
  • ツェナーダイオードの動作を安定させるために十分な量の電流を流す

 

大きな電力を必要とする場合、大容量のトランジスタを用意しないと回路が焼けてしまう可能性があるため、十分注意しましょう。

 

大電流で使用する場合

回路を設計し実際に大電流で使用する場合は、帰還補償・保護回路の追加などを行うことが必要です。

ツェナーダイオードは、電流を流すことで一定の電圧を得られるという便利な電子部品ですが、実際に使用する際にはいくつかの注意点があることを覚えておいてください。

 

ツェナーダイオードのノイズ発生の原理・対策

ツェナーダイオードは、ノイズの原因となる電子部品であるため、ノイズ対策が必要です。

 

ノイズの原理

通常のダイオードと同じく、ツェナーダイオードもノイズを発生させる素子のひとつです。

ツェナーダイオードから発生するノイズ量は、ツェナー電圧が高いほど大きくなる性質があり、電流量が大きいほど小さくなる傾向があります。

 

ノイズ対策

ツェナーダイオードのノイズ対策としては、以下のようなものが挙げられます。

 

  • ツェナーダイオードと並列にコンデンサを接続
  • ツェナー電圧の低いツェナーダイオードを直列に複数本接続する
  • ツェナーダイオードに流す電流量を大きくする

 

たとえば20Vの電圧が欲しい場合、ツェナー電圧が20Vのツェナーダイオードを用いるより、10Vの2つを直列で接続した方が発生するノイズ量の軽減につながります。

 

さまざまなメーカーから販売されているツェナーダイオード

ツェナーダイオードは適切に使うことによって、回路の見た目を整えることができたり、コスト削減につなげることができる電子部品です。

ツェナーダイオードを用いる場合は、ツェナー電圧の値に注意してください。

ツェナー電圧が異なるツェナーダイオードを回路内に接続すると、出力電圧が変わり目的の電圧が得られず、電子回路の正常な動きを妨げる可能性があります。

ツェナーダイオードはさまざまなメーカーから販売されているため、販売代理店などの取扱店情報を参考にして、適切なものを選びましょう。

電子部品数量が必要なことも多いため、前もって在庫を確認しておくとスムーズです。

 

まとめ
  • ツェナーダイオード(定電圧ダイオード)はダイオードの一種
  • 逆方向に働く降伏電圧のことをツェナー電圧と呼ぶ
  • ツェナー電圧が得られる際の電流量をツェナー電流と呼ぶ
  • ツェナーダイオードはノイズ発生の要因となるためノイズ対策が必要

 

 

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