Diodos Zener
enero 27, 2020Los Diodos Zener, son dispositivos semiconductores compuestos por la unión de dos materiales con diferente dopado. Son muy útiles para simplificar la realización de circuitos limitadores.
Te sugerimos leer nuestro artículo anterior “Rectificadores y Limitadores”.
Son diodos con un voltaje de ruptura cuidadosamente controlado; esto quiere decir que se estructura igual que un diodo semiconductor o diodo de pequeña señal. La gran diferencia, es que el diodo zener trabaja en la región de ruptura o zener.
Esta región se da cuando el diodo se polariza en inversa. Por lo tanto, el diodo zener, se utilizará como un diodo polarizado en inversa. Una de las aplicaciones más comunes de estos diodos es la de regular voltaje.
El zener como todo diodo semiconductor consta de dos electrodos, el ánodo y el cátodo, por lo general presentan grabado en su cuerpo la simbología e incluso especifican muchas veces el voltaje para el que fue diseñado, pero esta grabación puede borrarse con el paso del tiempo y a grabarse más por la manipulación del dispositivo, cosa esta que impide o dificulta en muchos casos la identificación eficiente del componente.
Curva característica de los Diodos Zener (curva V-I)
Como se puede observar en la siguiente figura, el comportamiento de un diodo zener no dista de el diodo convencional. Desde el punto de vista de su comportamiento son iguales.
La aplicación es que en este caso el voltaje de zener o Vz es seleccionado de manera cuidadosa. Usualmente desde las unidades hasta las decenas de volts. Lo que lo hace ideal para trabajar su comportamiento «on-off» para esta región.
Para el zener de la curva vemos que se activaría para una Vz de 5 V (zona de ruptura), lógicamente polarizado inversamente, por eso es negativa. En la curva de la derecha vemos que sería conectado directamente, y conduce siempre, como un diodo normal. Este diodo se llamaría diodo zener de 5 V, pero podría ser un diodo zener de 12 V, etc.
Sus dos características más importantes son su Tensión Zener y la máxima Potencia que pueden disipar = Pz (potencia zener).
La relación entre Vz y Pz nos determinará la máxima corriente inversa, llamada Izmáx. Si sobrepasamos esta corriente inversa máxima el diodo zener puede quemarse, ya que no será capaz de disipar tanta potencia.
Un ejemplo: Tenemos un diodo zener de 5,1 V y 0,5 w. ¿cual será la máxima corriente inversa que soportará?
Recordamos P = V x I; I = P/V. En nuestro caso Izmáx = Pz/Vz = 0,5/5,1 = 0,098A.
Para evitar que nunca pasemos de la corriente inversa máxima, los diodos zener se conectan siempre con una resistencia en serie que llamamos “Resistencia de Drenaje”.
Cálculos de comprobación
Si el sistema tiene una carga variable (resistencia o impedancia) es posible que el voltaje supere al del zener. Tomemos por ejemplo una resistencia en serie de 1 KOhm. Un voltaje de entrada de 12 V. El voltaje máximo, o del zener es de 5 V. La carga varia de 500 Ohms a 10 KOhms. Entonces consideramos las salidas si el diodo zener no estuviera puesto, que serian.
Por lo tanto, la salida es mayor a 5 V. Cabe señalar que en el diagrama que se muestra a continuación el diodo zener no esta conectado al circuito.
¿Qué hace un regulador con Zener?
Un regulador de voltaje con diodo zener ideal mantiene un voltaje predeterminado fijo a su salida, sin importar las variaciones de voltaje en la fuente de alimentación y/o las variaciones de corriente en la carga.
Nota: En las fuentes de voltaje ideales, el voltaje de salida no cambia con la variación de la carga, pero las fuentes no son ideales y lo normal es que el voltaje de salida disminuya conforme la carga va aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumenta. (ver: resistencia interna de las fuentes de tensión).
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