Qué es un diodo Zener: Circuito y cómo funciona

El diodo es uno de los componentes básicos de los circuitos electrónicos. Cuando desee conocer las consideraciones de voltaje, debe conocer los diodos. El diodo se compone básicamente de semiconductores que tienen dos características, tipo "P" y tipo "N". Los semiconductores de tipo "P" y tipo "N" representan semiconductores de tipo positivo y negativo. El semiconductor tipo "P" tendrá una cantidad excesiva de agujeros en la configuración y el semiconductor tipo "N" tendrá una cantidad excesiva de electrones. Si ambos tipos de características están presentes en un solo cristal, se le puede llamar diodo. El terminal positivo de la batería se conecta al lado "P" y el lado negativo se conecta al lado "N". Analicemos cómo funciona el diodo Zener, no es más que un simple diodo que se conecta en polarización inversa.


Índice de Contenido
  1. ¿Qué es un diodo Zener?
    1. Construcción
    2. ¿Cómo funciona un diodo Zener?
    3. Características
    4. Características de un diodo Zener
    5. Aplicación de diodo Zener
    6. Diferencia entre el diodo de unión PN y el diodo Zener
    7. Ventajas
    8. Desventajas

¿Qué es un diodo Zener?

Esta es principalmente una propiedad especial del diodo más que un tipo de equipo especial. La persona llamada Clearance Zener inventó esta propiedad del diodo, por lo que lleva su nombre en la memoria. La propiedad especial del diodo es que habrá una ruptura en el circuito si se aplica voltaje a través de un circuito con polarización inversa.

diodo Zener

Esto no permite que la corriente pase a través de él. Cuando aumenta el voltaje a través del diodo, la temperatura también aumenta y los iones de cristal vibran con mayor amplitud, y todo esto conduce a la ruptura de la capa de agotamiento. La capa en la unión del tipo 'P' y el tipo 'N'. Cuando el voltaje aplicado excede una cantidad específica, se produce una ruptura de Zener.

No es más que un solo diodo conectado en modo de polarización inversa y el diodo Zener se puede conectar en polarización inversa positiva en un circuito como se muestra en la imagen. Podemos conectarlo para diferentes aplicaciones.

El símbolo del circuito del diodo Zener se muestra en la figura. Por conveniencia, se usa normalmente. Cuando hablamos de circuitos de diodos, debemos observar la representación gráfica de cómo funciona el diodo Zener. Esto se conoce como las características V-I de un diodo de unión p-n general.

Conexión de diodo
Conexión de diodo

símbolo del diodo zener

Existen muchos métodos para empaquetar este diodo, que se usa principalmente para altos rangos de disipación de energía y otros incluyen formatos de montaje en superficie. El tipo común de diodo Zener está encerrado en una encapsulación de vidrio. En un extremo de este cristal se incluye una tira alrededor y se marca el lado del cátodo del diodo.

En el diagrama de arriba podemos notar que la banda alrededor de la caja coincide con la línea del símbolo para que los extremos del diodo se puedan recordar fácilmente. El símbolo del circuito del diodo Zener tiene dos etiquetas al final de la barra, una en la dirección hacia arriba y la otra en la dirección hacia abajo. Por lo tanto, esto ayuda a diferenciar estos diodos de otros tipos de diodos en el circuito.

Construcción

los Construcción de diodos Zener se muestra a continuación. Es una estructura difusa porque los dos sustratos como P y N se difunden juntos. La zona de unión se puede cubrir con una capa de SiO2 (dióxido de silicio).
Simultáneamente a lo largo de la construcción, toda la construcción se puede metalizar para generar conexiones de ánodo y cátodo. Por lo tanto, la capa de SiO2 ayuda principalmente a detener el contagio de unión. Por lo tanto, se usa al construir un diodo Zener.

Este funcionamiento del diodo depende principalmente del rango de dopaje en la unión PN. Para un voltaje de polarización inversa pequeño, la región de agotamiento es extremadamente delgada y el campo eléctrico es extremadamente alto. Permite que los electrones pasen de la banda de valencia a la banda de conducción.

El voltaje de ruptura de los diodos Zener se puede controlar con precisión en el momento del nivel de dopaje. La tensión de ruptura de los diodos Zener puede oscilar entre 1,2 V y 200 V. Diodos que están ligeramente dopados y la tensión de ruptura es inferior a 5,6 V, la ruptura se manifiesta por el efecto de avalancha en lugar del efecto Zener.

Tipos de diodos Zener

La categorización del diodo Zener se puede hacer en base a varios parámetros como los siguientes

  • Voltaje nominal
  • Corriente inversa máxima
  • disipación de potencia
  • Tipo de embalaje
  • Corriente de accionamiento directo
  • tensión directa

¿Cómo funciona un diodo Zener?

El funcionamiento del diodo Zener depende principalmente de los modos de polarización, como directo e inverso. Una vez que este diodo está conectado en polarización directa, funciona como un diodo normal, mientras que está conectado en polarización inversa, habrá una pequeña fuga de flujo de corriente en el diodo.

Cuando el voltaje inverso excede el voltaje de ruptura fijo (Vz), la corriente fluye a través del diodo. Por lo tanto, el flujo de corriente aumenta hasta un nivel máximo que es controlado por la resistencia en serie, una vez que se estabiliza y permanece estable en un amplio rango de tensión aplicada. Para un diodo Zener, hay dos tipos de averías, como la avería de avalancha y la avería de Zener.

Distribución de avalanchas

Este tipo de avería se produce principalmente en diodos normales y Zener a máxima tensión inversa. Una vez que se le da un voltaje inverso máximo a la unión PN, los electrones obtendrán la energía adecuada para acelerar a altas velocidades.

Estos electrones comenzarán a moverse a gran velocidad para aplastar otros átomos y eliminar más electrones. Debido a este choque ininterrumpido, se generará una cantidad de electrones libres y la corriente en el diodo aumentará rápidamente.

Por lo tanto, este aumento inesperado en la corriente eléctrica puede destruir el diodo normal de forma permanente, pero el diseño de este diodo se puede hacer de modo que funcione bajo una falla por avalancha y pueda soportar el pico de corriente inesperado. Este tipo de falla se presenta principalmente en diodos Zener a través de una tensión Zener (Vz) mayor a 6V.

distribución zener

Cada vez que el voltaje aplicado se acerca al voltaje Zener, el campo eléctrico en la región de agotamiento se vuelve más fuerte para sacar los electrones de su banda de valencia. Por lo tanto, los electrones de valencia obtendrán suficiente energía del campo eléctrico de la región de empobrecimiento y escaparán del átomo principal. En la región de ruptura de Zener, cuando aumenta el voltaje, también aumenta la corriente eléctrica.

Hay muchas formas de acondicionar un diodo. Algunos se utilizan para altos niveles de disipación de energía y otros están contenidos en formatos de montaje en superficie. El tipo más común de diodo Zener está contenido en una pequeña encapsulación de vidrio. Tiene una banda alrededor de un extremo que marca el lado del cátodo del diodo.

Características

los especificaciones del diodo zener Incluya lo siguiente.

Voltaje (Vz)

El voltaje Zener es el voltaje de ruptura inversa que varía de 2,4 V a 200 V y puede llegar hasta 1 kV, mientras que el más alto para SMD (dispositivo montado en superficie) es de alrededor de 47 V.

Corriente máxima Iz (máx.)

La corriente máxima requerida a la tensión Zener nominal es Vz, que oscila entre 200 uA y 200 A.

Corriente mínima Iz (min)

La corriente mínima requerida de este diodo para romper este oscila entre 5mA y 10mA.

Potencia nominal

La potencia más alta disipada por este diodo viene dada por el producto del voltaje a través del diodo y el flujo de corriente a través de él. Los valores típicos incluyen principalmente 400 mW, 500 mW, 1 W y 5 W. De manera similar, para SMD, los valores son 200 mW, 350 mW, 500 mW y 1 W.

Tolerancia de voltaje

La tolerancia de voltaje de este diodo es de ±5%.

Estabilidad de la temperatura

La mejor estabilidad del diodo es de alrededor de 5V

Paquete

Los dispositivos de plomada, así como la superficie, se montan como dispositivos discretos o en circuitos. integrado.

Resistencia zener (Rz)

El diodo muestra cierta resistencia como lo demuestran las características VI.

Características de un diodo Zener

El diagrama anterior muestra las características VI del comportamiento del diodo Zener. Cuando el diodo está conectado en polarización directa, el diodo actúa como un diodo normal. Cuando el voltaje de polarización inversa es mayor que un voltaje predeterminado, se produce el voltaje de ruptura de Zener. Para lograr un voltaje de ruptura limpio y distintivo, se controla el dopaje y se evitan las imperfecciones de la superficie. En las características VI anteriores, Vz es el voltaje Zener. Y también la tensión del codo porque en este punto la corriente es muy rápida.

Las características
Las características

Aplicación de diodo Zener

El diodo Zener se usa comúnmente como regulador de derivación o regulador de voltaje. Como hemos recorrido la primera parte del artículo, sabemos qué es el diodo Zener y cuál es el principio básico de su funcionamiento. Aquí surge la pregunta de dónde pueden ser útiles este tipo de diodos. La principal aplicación de este tipo de diodos es como regulador de tensión, protector de sobretensión y referencia de tensión.

Comprobación de diodos
Comprobación de diodos

Hablamos de la aplicación de la Diodo Zener como regulador de voltaje y ahora discutiremos los otros dos puntos.

Protector contra sobretensiones

La protección contra sobrevoltaje se logra usando diodos Zener porque una corriente fluye a través del diodo después de que el voltaje de polarización inversa excede un cierto voltaje. Este circuito garantiza la seguridad de los equipos conectados a los terminales. Normalmente, la corriente no debe exceder la válvula normal, pero si, por una falla en el circuito, la corriente excede el voltaje máximo permitido, el equipo del sistema puede dañarse.

Se utiliza un SCR, por lo que la tensión de salida se corta rápidamente y se funde un fusible que desconecta la fuente de alimentación de la fuente de entrada. La disposición del circuito se muestra a continuación para una mejor comprensión,

circuito de diodo zener
circuito de diodo zener

La referencia de voltaje determina la corriente constante o el suministro de voltaje cuando opera el voltaje Zener. Si la fuente de alimentación es la misma, para evitar un rendimiento inestable, utilizamos diodos Zener. Se utilizan cuando se requiere una referencia de voltaje, como amperímetros, ohmímetros y voltímetros.

Diodo Zener como regulador de voltaje

El término regulador significa quién regula. Este diodo puede funcionar como regulador de voltaje si se introduce en un circuito. La salida a través del diodo será constante. Es alimentado por una fuente de corriente. Como sabemos, si el voltaje a través del diodo excede un cierto valor, consumiría una corriente excesiva de la fuente de alimentación. El diagrama básico del diodo Zener como regulador de voltaje se muestra a continuación,

Para fijar la corriente a través de este diodo se introduce una resistencia en serie 'R' cuyo valor se puede elegir de la siguiente ecuación

Valor de resistencia (ohmios) = (V1 – V2) / (corriente Zener + corriente de carga)

El diagrama anterior es para reguladores de derivación porque el elemento regulador es paralelo al elemento de carga. Este diodo produce un voltaje de referencia estable a través de la carga que cumple con los criterios de requisitos del regulador.

Este diodo permite que la corriente fluya en la dirección directa similar a un diodo ideal. También permite circular en sentido inverso cuando la tensión es superior a un determinado valor denominado tensión de ruptura.

Este dispositivo lleva el nombre de Zener y descubrió esta propiedad eléctrica. Un diodo Zener es un diodo en el que se produce la ruptura inversa debido a la tunelización cuántica de electrones bajo una alta intensidad de campo eléctrico conocida como efecto Zener. Muchos diodos descritos como diodos Zener se basan en cambio en la ruptura de avalancha. Ambos tipos se utilizan con el efecto Zener predominante por debajo de 5,6 V y la ruptura de avalancha por encima. Las aplicaciones comunes incluyen proporcionar un voltaje de referencia para los reguladores de voltaje. Esto es para proteger los dispositivos contra impulsos de tensión momentáneos.

Conectividad del circuito
Conectividad del circuito

Estos dispositivos también se encuentran en serie con una unión base-emisor. En las etapas del transistor donde la elección selectiva de un dispositivo se centró en la avalancha o el punto Zener. Se puede utilizar para introducir un equilibrio del coeficiente de temperatura de compensación del transistor. Un ejemplo es el amplificador de error de CC que se utiliza en un sistema de bucle de retroalimentación de circuito de fuente de alimentación regulada.

Estos también se utilizan en supresores de sobretensiones para limitar los sistemas de picos de voltaje transitorios y otra aplicación del diodo es el uso del ruido causado por su ruptura de avalancha en un generador de números aleatorios. ¿Puede decirme algunos otros usos del diodo Zener? Al comentar.

Diferencia entre el diodo de unión PN y el diodo Zener

La diferencia entre el diodo de unión PN y el diodo Zener incluye lo siguiente.

Diodo de unión PNdiodo Zener
El diodo de unión PN es un diodo semiconductor que simplemente conduce en una sola dirección, que es la dirección de avance.El diodo que permite que la corriente fluya en ambas direcciones, es decir, hacia adelante y hacia atrás, este tipo de diodo se conoce como diodo Zener.
La unión puede dañarse por el efecto de la corriente inversaNo daña la unión.
El nivel de dopaje del diodo de unión pn es bajoEl nivel de dopaje de este diodo es alto.
En este cruce, la ruptura ocurre principalmente en voltajes más altos.En este diodo, la ruptura se produce principalmente a baja tensión.
La unión PN obedece la ley de ohmEste diodo no obedece la ley de ohmios.
Las aplicaciones de un diodo de unión PN son principalmente para la rectificaciónEste diodo se utiliza en estabilizadores de tensión, formación de ondas y protección de motores.

Ventajas

los ventajas del diodo zenere incluir lo siguiente.

  • En comparación con los diodos normales, Zener es caro
  • Utilizado en pequeños circuitos.
  • Capaz de cambiar el voltaje
  • Control de corriente de desbordamiento
  • Simplemente compatible y accesible en todos los sistemas
  • El voltaje del circuito se puede cambiar y estabilizar
  • Ofrece un alto rendimiento
  • Protege contra sobretensiones

Desventajas

los desventajas del diodo zener Incluya lo siguiente.

  • Para una gran corriente de carga, este diodo no es adecuado
  • El voltaje DC o/p puede cambiar ligeramente debido a la resistencia Zener.
  • No se puede configurar el voltaje de salida
  • Los cambios en la corriente de carga generan cambios en la corriente Zener.
  • Menos regulación de voltaje
  • La impedancia interna del circuito es alta.

Así, se trata de una descripción general del diodo zener y su funcionamiento. Estos diodos se utilizan en aplicaciones industriales y comerciales. Algunos de ellos son como estabilizador o regulador de voltaje, protector de medidor y formador de onda. Estos diodos están diseñados principalmente para operar en condiciones de polarización inversa donde comienzan a producir una corriente sustancial. Funciona como un regulador de voltaje al extraer una corriente baja si el voltaje es mucho más bajo; de lo contrario, si el voltaje es demasiado alto, consume más corriente. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuáles son los diferentes tipos de diodos disponibles en el mercado?

Créditos fotográficos :

Lee:  Diferencias entre LVDT y RVDT

Si quieres conocer otros artículos parecidos a Qué es un diodo Zener: Circuito y cómo funciona puedes visitar la categoría Generalidades.

¡Más Contenido!

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.

Go up