Es un tipo de diodo que además de permitir que la corriente fluya en una dirección (polarización directa), también permite que la corriente fluya en dirección inversa cuando se aplica un voltaje por encima del Voltaje de Zener.
El diodo Zener se usa principalmente para reguladores de voltaje ya que mantienen un voltaje constante cuando se polariza inversamente con un voltaje mayor al voltaje de ruptura (Vz).
Introducción
Los diodos generalmente se conocen como un dispositivo que permite el flujo de corriente en una dirección (polarización directa) y ofrece resistencia al flujo de corriente cuando se utiliza en polarización inversa.
El Diodo Zener (llamado así por el científico estadounidense Clarence Zener que explicó por primera vez sus principios operativos) por otro lado, no solo permite el flujo de corriente cuando se usa en polarización directa, sino que también permite el flujo de corriente cuando se usa en polarización inversa siempre y cuando el voltaje aplicado esté por encima del voltaje de ruptura conocido como el voltaje de ruptura o voltaje de Zener (Vz).
En otras palabras, el voltaje de ruptura es el voltaje en el que el diodo Zener comienza a conducir en dirección inversa.
Símbolo
El símbolo del diodo Zener presenta una pequeña variante con respecto al de un diodo normal. El diodo Zener se puede representar de dos formas.
En la imagen se aprecia la dirección del flujo de la corriente cuando se aplica un voltaje mayor a la tensión de Zener.
Existe una pequeña corriente cuando el diodo Zener se polariza en modo inverso que circula en sentido contrario (de ánodo a cátodo) si se analiza el diodo como un elemento real, en lugar de un elemento ideal. Pero dicha corriente es despreciable ya que tiene un valor muy pequeño.
Funcionamiento
- Cuando se aplica polarización directa al Diodo Zener, este se comporta como un diodo normal y permite el flujo de corriente.
- Cuando se aplica polarización inversa al Diodo Zener, este no permite el flujo de corriente mientras el voltaje aplicado sea menor al voltaje de Zener (Vz). Si el voltaje aplicado es mayor al voltaje de Zener, la corriente fluye de cátodo a ánodo.
En los diodos normales, el voltaje de ruptura es muy alto y el diodo se daña totalmente si se aplica un voltaje por encima de dicho voltaje.
En los Diodos Zener, el voltaje de ruptura (Vz) no es tan alto y si se le aplica un voltaje un poco mayor no se daña permanentemente.
Después de que el voltaje inverso aplicado es mayor que el valor del voltaje de Zener (Vz), se produce el Efecto Avalancha. A partir de aquí el flujo de la corriente en el circuito tiende a aumentar significativamente y el incremento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante.
Curva característica
A partir de la imagen, se puede deducir que el diodo zener en polarización directa se comporta igual que un diodo normal de silicio. A partir de los 0.7 volts este comienza a permitir el flujo de la corriente.
El comportamiento del diodo Zener en polarización inversa comienza con un pequeño flujo de corriente inversa y luego se presenta un codo muy pronunciado antes de llegar al voltaje Vz.
La Zona de Ruptura o Zona Zener inicia una vez que se alcanza el voltaje de ruptura (Vz). Inmediatamente le sigue la Zona Operativa o Zona de trabajo, en esta zona es donde el diodo funciona como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene prácticamente constante para una gran variación de corriente.
En la zona de ruptura se produce el «Efecto Avalancha» ó «Efecto Zener», esto es, que la corriente aumenta bruscamente.
La máxima corriente inversa o corriente de Zener máxima IZM es el valor máximo mediante el cual el diodo funcionará sin ser destruido o dejar de funcionar.
Aplicaciones
Los diodos Zener se utilizan principalmente en tres aplicaciones en circuitos electrónicos.
1 Regulación de Voltaje
Esta es posiblemente la aplicación más común de diodos zener. Se basa en gran medida en la capacidad de los diodos Zener para mantener un voltaje constante independientemente de las variaciones en el suministro o la corriente de carga. La función general de un dispositivo de regulación de voltaje es proporcionar un voltaje de salida constante a una carga conectada en paralelo, independientemente de las variaciones en la energía extraída por la carga (corriente de carga) o variaciones e inestabilidad en el voltaje de suministro.
El diodo Zener proporcionará voltaje constante siempre que la corriente permanezca dentro del rango de la corriente de Zener máxima y mínima.
2 Recortador de onda
Uno de los usos de los diodos normales es en la aplicación de circuitos recortadores y rectificadores, que son circuitos que se utilizan para dar forma o modificar una señal o forma de onda de Corriente Alterna de entrada, produciendo una señal de salida de forma diferente según las especificaciones del recortador.
Los circuitos recortadores genéricamente son circuitos que se usan para evitar que la señal de salida de un circuito supere un valor de voltaje predeterminado sin cambiar ninguna otra parte de la señal de entrada o la forma de onda.
Estos circuitos se usan ampliamente en transmisores de radio FM y televisión analógica para eliminar interferencias y limitar los picos de ruido mediante el recorte de los picos altos.
Dado que los diodos Zener se comportan genéricamente como diodos normales cuando el voltaje aplicado no es igual al voltaje de ruptura (Vz), también se usan en circuitos recortadores.
3 Cambiador de nivel
El sujetador de voltaje o cambiador de nivel es una de las aplicaciones más simples pero interesantes del diodo zener. Los cambiadores de nivel ayudan a convertir la señal de un voltaje a otro y con la capacidad del diodo zener de mantener un voltaje de salida constante en la región de ruptura, los convierte en el componente ideal para la operación.
En un sujetador de voltaje basado en diodo zener, el circuito reduce el voltaje de salida, en un valor igual al voltaje de ruptura del diodo zener que se esté utilizando.
Parámetros y especificaciones
Todos los parámetros que veremos a continuación sirven como especificación para el diodo Zener. Estos parámetros deben considerarse antes de tomar la decisión sobre el tipo de diodo Zener que debe escoger para algún diseño de circuito en particular.
Voltaje de Zener
El valor del voltaje de ruptura de un diodo zener, también conocido como voltaje Zener, depende de la aplicación para la que se utilizará el diodo, este es a menudo el criterio más importante para la selección del diodo Zener.
V_Z
Disipación de potencia
Esto representa la cantidad máxima de energía que la corriente Zener puede disipar. Exceder este rango de potencia conduce a un aumento excesivo de la temperatura del diodo Zener que podría dañarlo y provocar la falla de los componentes conectados a él en un circuito. Por lo tanto, este factor debe considerarse al seleccionar el diodo con el uso en mente.
La potencia máxima que resiste en diodo en la zona de ruptura, está determinada por:
P_{Z(max)}=V_Z\space I_{Z(max)}Donde PZ(max) es la máxima potencia disipada, Vz representa el voltaje de Zener e IZ(max) representa la corriente de Zener máxima.
Corriente máxima de Zener
Esta es la corriente máxima que puede pasar a través del diodo zener con el voltaje zener sin dañar el dispositivo.
I_{Z(max)}Corriente mínima de Zener
Esto se refiere a la corriente mínima requerida para que el diodo zener comience a funcionar en la zona de ruptura.
I_{Z(min)}Tabla de voltajes de diodos Zener
En la siguiente tabla se muestra una lista de algunos diodos Zener comunes con valores de voltaje de ruptura de 2.4 volts hasta 200 volts.
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Una respuesta
es lo más importante estar delante de profesionales q puedan explicar todo lo
relacionado con los componentes
gracias