Une diode est formée par le contact d'un semi-conducteur de type P avec un semi-conducteur de type N. Soumise à une tension inverse, elle conduit un courant inverse très faible. Si la jonction P-N d'une diode est fortement dopée, la zone de contact est très mince et des électrons peuvent traverser la jonction dans la bande d'énergie commune par effet tunnel. Ainsi, la diode soumise à une tension inverse suffisante peut conduire un courant par l'effet tunnel. La tension d'apparition de l'effet tunnel est très faible si le dopage est très grand. Cette tension dépend du niveau de dopage et de la tension inverse.

Si la tension inverse devient suffisamment grande, le champ électrique interne de la jonction P-N est si grand que des charges minoritaires très énergétiques provoquent l'apparition de nouvelles charges par ionisation par chocs. Il y a augmentation du courant inverse par effet d'avalanche. La diode peut laisser passer un courant important en inverse. La tension inverse reste pratiquement constante mais il faut placer une résistance en série pour limiter ce courant inverse.
Ces deux mécanismes de conduction en montage inverse peuvent coexister.

 

Caractéristique d'une diode Zener
En polarisation directe la diode se comporte comme une diode classique avec une tension de seuil Vs voisine de 0,65 V. Au delà de la tension de seuil on modélise souvent la diode par une caractéristique linéaire de pente 1 / Rd.
En polarisation inverse inférieure à la tension de Zener, le courant inverse est pratiquement nul. Au delà de cette tension, la caractéristique est modélisable par une droite de forte pente.
En utilisation normale (stabilisation ou référence de tension) une diode Zener est toujours utilisée en inverse. On peut la modéliser par un générateur de tension Vz en série avec une résistance Rz. La stabilisation en tension est d'autant meilleure que Rz est faible.

Dans le programme, la tension de Zener vaut 4 V. On trouve des diodes dont Vz est compris entre 0 et 250 V.
Les plus stables en température ont une tension Vz de l'ordre de 5,6 V
Pour les tensions Vz faibles il y a un coude au raccordement entre la zone de blocage et la zone de conduction inverse.
Plus la tension de Zener est grande et plus est grande la valeur de Rz.