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Simbología
Diodo rectificador
Diodo rectificador
Diodo zener
Diodo rectificador
Diodo zener
Diodo zener
Diodo zener
Diodo zener
Diodo varicap
Diodo varicap
Diodo varicap
Diodo
supresor de tensión
Diodo
de corriente constante
Diodo Gunn Impatt
Diodo
supresor de tensión
Diodo de recuperación
instantánea, Snap
Diodo túnel
Diodo túnel
Diodo
rectificador túnel
Diodo Schottky
Diodo Pin
Diodo Pin
LED
Diodo emisor de luz
Fotodiodo
Fotodiodo
bidireccional NPN
Fotodiodo
de dos segmentos
cátodo común PNP
Fotodiodo de dos
segmentos
cátodo común PNP
Diodo láser
Diodo
magnético
Diodo sensible a la
temperatura
Diodo de rotura
bidireccional PNP
Diodo de rotura
bidireccional NPN
Puente rectificador
Puente rectificador
Display de 7 segmentos
con diodos LED
LED bicolor
polaridad dual
Indicador LED
alfanumérico 5x7
Letra A de ejemplo
Diodo Zener
El diodo Zener es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en
las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence
Melvin Zener. El diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensión
casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de
la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.
Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan
comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son
diferentes.
Como referencia, recordemos cómo un diodo normal (no zener) funciona. En el
capítulo 1, nos enteramos de que un diodo normal permite que la corriente que
pasa en un sentido (hacia adelante polarizado) y no en la (polarización inversa)
lo contrario.
Bueno, un diodo zener hacer lo mismo en la polarización hacia adelante. Y en la
polarización inversa, cuando la tensión aumenta, la corriente aumenta muy poco.
Pero cuando llegamos a una tensión inversa Vz, que es el principal parámetro de
cada diodo zener, la corriente de repente empieza a subir.
Como se puede ver en la curva característica, si seguimos aumentando la
tensión inversa sobre Vz, la corriente crece de manera espectacular, con una
variación de tensión muy baja.
Funciona como una válvula de alivio.
En el mercado podemos encontrar diodos zener de Vz = 3,3 V hasta más de 100
voltios. Otro parámetro importante de los diodos zener es admisible su poder.
Por lo general, se puede comprar en la tienda sólo con estos dos parámetros,
algo así como: "Necesito un 7,5 Volt x 1 vatio diodo Zener por favor".
Cómo utilizar un diodo Zener
Un diodo zener se utiliza en polarización inversa, como un limitador de tensión
o regulador básico. Supongamos que tenemos una tensión de entrada de 12
voltios, y queremos limitar la tensión de salida de 7,5 voltios. Entonces
elegimos un diodo zener 1N4737 7.5V. En la hoja de datos a continuación,
podemos ver que IZT = 34mA, que es la corriente mínima necesaria para llegar
a Vz, y IZM = 121 mA es la corriente máxima admisible.
Por lo tanto, un buen punto de trabajo es IZ = 80 mA, cerca de la mitad. Eso se
puede lograr por medio de la siguiente circuito:
RL es una resistencia limitadora de corriente, necesaria para no aplicar 12V
directamente al diodo zener. En primer lugar, si no hay carga conectada a la
salida, la diferencia de potencial entre los terminales de RL es la siguiente:
Necesitamos 80 mA, por lo que, utilizando la ley de Ohm (capítulo uno),
podemos calcular el valor necesario de la resistencia de.
Eso está bien, pero, ¿qué pasa si se conecta una carga a la salida, que tiene una
corriente de, por ejemplo, 20 mA? A partir del diagrama se puede deducir que:
La tensión en la entrada se mantiene en 12 V, y la tensión zener es siempre
alrededor de 7,5 V, entonces la corriente en la resistencia es la misma que
antes. Es sólo que ahora esta corriente total se distribuye, a la salida de 20
mA y 60 mA permanecer en el diodo Zener. Esto es válido, siempre que la
corriente Iz no cae abajo IZT = 34mA, manteniendo el diodo zener cerca de
Vz = 7.5Volt. Eso es decir que la corriente máxima disponible para la carga es:
Si tratamos de tener una salida de corriente superior a 46mA, el Iz será
inferior a 34mA, y el voltaje en el zener va a ser menor que el previsto 7,5
voltios.
Utilizado de esta manera, el diodo zener funciona como un regulador de voltaje
o de referencia, con 3 a 5 por ciento de las variaciones debidas a las
variaciones en el voltaje de entrada, la carga de salida y la temperatura. Este
rendimiento se puede mejorar, pero por lo general se utiliza un diodo Zener de
referencia o el regulador sólo en aplicaciones de baja corriente simple donde
los errores son totalmente admisible.
Los diodos Zener se utilizan también para la protección contra picos de
tensión.
Características del diodo Zener
El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado
inversamente.
Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se
aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa),
conducen siempre en el sentido de la flecha.
En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el
diodo. Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un
diodo rectificador común.
Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus
terminales un voltaje constante.
En el gráfico se ve el símbolo de diodo zener (A - ánodo, K - cátodo) y el
sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa.
Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento
real y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si
existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero
de muy poco valor.
Curva característica del diodo Zener
Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando
negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta
muy poco.
Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de
Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño,
pudiendo considerarse constante.
Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un
gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa.
Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione
como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene practicamente
constante para una gran variación de corriente. Ver el gráfico.
¿Qué hace un regulador con Zener?
Un regulador 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 (algunas utilizan, entre otros elementos
el diodo zener), el voltaje de salida no varía conforme varía 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 aumente. (ver: resistencia interna de las fuentes de tensión)