¿Alguna vez has escuchado hablar del diodo Zener y te preguntas qué es y para qué sirve? En este artículo, te daremos una introducción a esta pieza fundamental en la electrónica y te explicaremos cómo funciona y por qué es tan importante en diferentes aplicaciones. ¡Sigue leyendo para descubrir todo sobre el diodo Zener!
Los diodos de silicio comunes bloquean cualquier corriente que pase a través de ellos cuando tienen polarización inversa y se dañan cuando el voltaje inverso es demasiado alto. Por lo tanto, estos diodos nunca se ponen en funcionamiento intencionadamente en la zona de ruptura.
Sin embargo, los diodos Zener son diferentes. Están diseñados específicamente para un funcionamiento sin problemas en caso de accidente. Por esta razón, a los diodos Zener a veces se les denomina diodos Zener. Diodos de avería.
Los diodos Zener son la columna vertebral de los circuitos y reguladores de voltaje y mantienen el voltaje de carga casi constante a pesar de los grandes cambios en el voltaje de línea y la resistencia de carga.
Las siguientes imágenes muestran los símbolos esquemáticos de un diodo Zener. En ambos símbolos las líneas se parecen a un “z«Lo que significa»zener“.
El diodo Zener funciona.
Un diodo Zener puede funcionar en cualquiera de tres regímenes: directo, de fuga y de ruptura. Entendamos esto usando el diagrama I-V de un diodo Zener.
Área de dirección hacia adelante
Cuando están polarizados directamente, los diodos Zener se comportan de manera similar a los diodos de silicio ordinarios y comienzan a conducir alrededor de 0,7 V.
Región de fuga
El rango de fuga está entre corriente cero y ruptura.
En la zona de fuga fluye una pequeña corriente inversa a través del diodo. Esta contracorriente es causada por los portadores minoritarios generados térmicamente.
Región de desglose
Si continúa aumentando el voltaje inverso, eventualmente alcanzará el llamado voltaje zener vz el diodo.
En este punto, se produce un proceso llamado ruptura por avalancha en la unión del semiconductor y el diodo comienza a conducir fuertemente en la dirección inversa.
En el gráfico se puede ver que la ruptura tiene una curva muy pronunciada seguida de un aumento casi vertical de la corriente. Tenga en cuenta que el voltaje a través del diodo Zener es casi constante y es aproximadamente igual a Vz en la mayor parte del área de avería.
El gráfico también muestra la corriente inversa máxima IZ(máx.). Mientras la corriente de retorno sea menor que IZ(máx.), el diodo está funcionando dentro de su rango seguro. Cuando la corriente excede IZ(máx.)el diodo está destruido.
Regulador de voltaje Zener
El diodo Zener mantiene un voltaje de salida constante en la región de ruptura incluso cuando la corriente a través de él fluctúa. Esta es una característica importante del diodo Zener que se puede utilizar en aplicaciones de regulador de voltaje. Por lo tanto, a veces se hace referencia a un diodo Zener como Diodo regulador de voltaje.
Por ejemplo, la salida de los rectificadores de media onda, onda completa o puente consiste en una ondulación superpuesta a un voltaje de CC. Al conectar un diodo Zener simple a la salida del rectificador, podemos obtener un voltaje de salida de CC más estable.
La siguiente figura muestra un regulador de voltaje Zener simple (también llamado regulador Zener).
Para operar el diodo Zener en estado de ruptura, el diodo Zener tiene polarización inversa conectando su cátodo al terminal positivo del suministro de entrada.
Una resistencia en serie (limitadora de corriente) RS está conectado en serie con el diodo zener de modo que la corriente que fluye a través del diodo es menor que su corriente nominal máxima. De lo contrario, como cualquier otro dispositivo, el diodo Zener se quemará debido a una disipación excesiva de energía.
La fuente de voltaje VS conectados a través de la combinación. Además, para mantener el diodo en estado de ruptura, el voltaje de la fuente VS debe ser mayor que el voltaje de ruptura Zener Vz.
El voltaje de salida estabilizado Vfuera de se toma del diodo Zener.
Asistencia en carretera
Para probar si el diodo Zener está funcionando en la región de ruptura, necesitamos calcular cuánto voltaje de Thevenin está presente en el diodo.
El voltaje Venin es el voltaje que aparece cuando el diodo Zener se desconecta del circuito.
Debido al divisor de voltaje podemos escribir:
Si este voltaje excede el voltaje Zener, se produce una falla.
Serie actual
El voltaje a través de la resistencia en serie es igual a la diferencia entre el voltaje de la fuente y el voltaje Zener. Por lo tanto, según la ley de Ohm, la corriente que pasa por la resistencia en serie es:
La corriente en serie sigue siendo la misma ya sea que haya resistencia de carga o no. Esto significa que incluso si desconecta la resistencia de carga, la corriente a través de la resistencia en serie es igual al voltaje a través de la resistencia dividido por el valor de la resistencia.
Tensión de carga y corriente de carga.
Dado que la resistencia de carga es paralela al diodo Zener, el voltaje de carga es el mismo que el voltaje Zener.
Usando la ley de Ohm podemos calcular la corriente de carga:
corriente zener
El diodo Zener y la resistencia de carga están en paralelo. La corriente total es igual a la suma de sus corrientes, es decir, la corriente a través de la resistencia en serie.
Esto nos dice que la corriente Zener es igual a la corriente en serie menos la corriente de carga.
Voltajes comunes del diodo Zener
Los diodos Zener se fabrican con los voltajes nominales estándar que se muestran en la siguiente tabla. La tabla enumera los voltajes comunes para 0,3W Y 1,3W Partes.
Tensiones comunes para 0,3 W | ||||||
2,7 V | 3,0 V | 3,3 V | 3,6 V | 3,9 V | 4,3 V | 4,7 V |
5,1 V | 5,6 V | 6,2 V | 6,8 V | 7,5 V | 8,2 V | 9,1 V |
10V | 11V | 12V | 13V | 15V | 16V | 18V |
20V | 24V | 27V | 30V |
Tensiones comunes para 1,3 W | ||||||
4,7 V | 5,1 V | 5,6 V | 6,2 V | 6,8 V | 7,5 V | 8,2 V |
9,1 V | 10V | 11V | 12V | 13V | 15V | 16V |
18V | 20V | 22V | 24V | 27V | 30V | 33V |
36V | 39V | 43V | 47V | 51V | 56V | 62V |
68V | 75V | 100V | 200V |
La potencia corresponde a la potencia que el diodo puede disipar sin sufrir daños.
Aplicaciones zener
Hasta ahora hemos visto cómo se pueden utilizar los diodos Zener para regular una fuente de alimentación continua de CC. Además, los diodos Zener también se utilizan en diversas aplicaciones. Éstos son algunos de ellos.
Pre-regulador
La idea básica del prerregulador es proporcionar una entrada bien regulada al regulador Zener para que la salida final esté extremadamente bien regulada.
A continuación se muestra un ejemplo de un prerregulador (el primer diodo zener) que acciona un regulador zener (el segundo diodo zener).
Formación de ondas
En la mayoría de las aplicaciones, los diodos Zener permanecen en la región de ruptura. Sin embargo, existen excepciones, como los circuitos de formación de ondas.
En el circuito de formación de ondas anterior, dos diodos zener están conectados espalda con espalda para producir una onda cuadrada. Este circuito también se llama en broma “El generador de ondas cuadradas del pobre“.
Durante la media onda positiva, el diodo superior Z1 conduce y el diodo inferior Z2 falla. Por lo tanto, la salida se trunca.
Con la media onda negativa el efecto se invierte. El diodo inferior Z2 conduce y el diodo superior Z1 falla. De esta manera la salida es aproximadamente una onda cuadrada.
El nivel de recorte es igual al voltaje Zener (diodo fallado) más 0,7 V (diodo de operación directa).
Generación de voltajes de salida no estándar.
Al combinar diodos Zener con diodos de silicio ordinarios, podemos crear varios voltajes de salida de CC no estándar como este:
Conducir un relevo
Como sabrá, conectar un relé de 6 V a un sistema de 12 V puede dañar el relé. Necesitas bajar algo del voltaje. La siguiente imagen muestra una forma de lograrlo.
En este circuito, un diodo Zener de 5,6 V está conectado en serie con el relé, por lo que solo hay 6,4 V a través del relé, lo que está dentro de la tolerancia de la tensión nominal del relé.
El diodo Zener: La guía completa
Los diodos de silicio ordinarios bloquean cualquier corriente a través de ellos cuando se polarizan en inversa y se dañan cuando el voltaje inverso es demasiado alto. Por lo tanto, estos diodos nunca se operan intencionalmente en la región de ruptura.
Los diodos Zener, sin embargo, son diferentes. Están especialmente diseñados para operar en la región de ruptura sin fallar. Por esta razón, a veces se les llama diodos de ruptura.
Funcionamiento del diodo Zener
Un diodo Zener puede operar en cualquiera de tres regiones: directa, de fuga y de ruptura.
- Región de polarización directa: Cuando se polariza directamente, los diodos Zener se comportan de manera similar a los diodos de silicio ordinarios y comienzan a conducir alrededor de 0.7V.
- Región de fuga: La región de fuga existe entre cero corriente y ruptura. En esta región, una pequeña corriente inversa fluye a través del diodo.
- Región de ruptura: Si continúa aumentando el voltaje inverso, eventualmente alcanzará el llamado voltaje Zener (VZ) del diodo. En este punto, ocurre un proceso llamado ruptura por avalancha en la capa de depleción del semiconductor y el diodo comienza a conducir fuertemente en la dirección inversa.
El diodo Zener es esencial en reguladores de voltaje y circuitos que mantienen el voltaje de carga casi constante a pesar de grandes cambios en el voltaje de línea y la resistencia de carga.
Regulador de voltaje Zener
El diodo Zener mantiene un voltaje de salida constante en la región de ruptura, incluso cuando la corriente a través de él varía. Esta característica se utiliza en aplicaciones de regulador de voltaje.
Por ejemplo, al conectar un simple diodo Zener en paralelo con la salida de rectificadores de onda completa, se puede obtener un voltaje de salida de CC más estable.
Aplicaciones del diodo Zener
Además de la regulación de voltaje, los diodos Zener se usan en aplicaciones como pre-reguladores, diseño de ondas, generadores de onda cuadrada y para producir voltajes de salida no estándar.
Para obtener más información detallada sobre el diodo Zener y sus aplicaciones, puedes consultar el siguiente enlace.
¡Qué buen resumen del diodo Zener! No sabía que tenía tantas aplicaciones en la electrónica. Gracias por la info.
¡Interesante artículo sobre el diodo Zener! Me ayudó a entender mejor su funcionamiento. ¡Gracias por compartirlo!