Diodo Zener: Qué es, funciones y funcionamiento

¿Te has preguntado alguna vez por qué un Zener funciona en polarización inversa, en comparación con los diodos normales que pueden funcionar en polarización directa? Se debe a que los diodos Zener están diseñados para soportar "averías". La mayoría de nosotros estamos acostumbrados a los diodos rectificadores ordinarios y a los diodos funcionales. Sin embargo, hay diferentes formas de diodos que pueden diseñarse para determinadas funciones. Uno de ellos es el diodo Zener. Entonces, ¿qué es un diodo Zener, cómo funciona un diodo Zener y en qué se diferencia de un diodo estándar?

En este artículo, se nos enseñará el funcionamiento de los diodos Zener junto con su desarrollo, funcionamiento y otros aspectos.

¿qué es un diodo Zener y cuál es su rendimiento?

Definición: Un diodo Zener, también llamado diodo de ruptura, es una máquina semiconductora de silicio que permite el presente no sólo en ruta directa como un típico diodo de silicio o germanio, pero además en ruta inversa si la tensión es superior a la tensión de ruptura (tensión Zener), llamada así por Clarence Melvin Zener, el descubridor de esta propiedad eléctrica.

En otras palabras, un diodo Zener se define como una máquina dopada que está diseñada para funcionar en sentido inverso cuando se alcanza una tensión determinada.

Imagen del Diodo Zener

La imagen esquemática de un diodo tradicional tiene una línea recta que representa el cátodo, mientras que el diodo Zener tiene una línea doblada que parece la letra Z (de Zener). Tiene mucho sentido, ¿no?

El diodo Zener tiene una tensión de ruptura inversa bien definida, por encima de la cual empieza a conducir presente, y sigue funcionando constantemente en modo de polarización inversa sin sufrir daños. Además, la caída de tensión a través del diodo permanece fija en un rango de tensiones, función que hace que los diodos Zener sean adecuados para su uso en la regulación de la tensión.

Funcionamiento del diodo Zener

Un diodo Zener funciona como un diodo estándar cuando está en primera línea, y tiene una tensión de conexión de entre 0,3 y 0,7 V. Sin embargo, están diseñados para permitir la presencia de corriente en la trayectoria inversa, por lo que la tensión inversa es la misma que su tensión Zener nominal.

A diferencia de los diodos rectificadores poco habituales, que no deben funcionar en ningún caso dentro o cerca de la zona de ruptura, un diodo Zener está diseñado para funcionar dentro de la zona de ruptura.

La ruptura de un diodo se produce cuando se utiliza una tensión de polarización inversa a través del diodo.

Un diodo Zener que funciona en ruptura actúa como regulador de tensión al mantener una tensión prácticamente fija, que es la misma que la tensión Zener, a través de sus terminales en un rango especificado de valores de corriente inversa. Esta caída de tensión fija a través del diodo Zener producida por la ruptura inversa se representa con una imagen de tensión continua.

Hay dos formas de fallos para un diodo Zener:

• Desglose del impacto de la avalancha
• Desintegración Zener

Avalancha del diodo Zener

O ruptura de la avalancha ocurre en cada uno de los diodos convencionales y en el diodo Zener con una tensión inversa excesiva. Cuando se utiliza una tensión inversa excesiva en la unión PN, los electrones libres alcanzan una gran vitalidad y se aceleran a un ritmo excesivo. Estos electrones libres que se mueven a una velocidad excesiva chocan con diferentes átomos y se llevan electrones adicionales. Debido a esta colisión constante, se generan numerosos electrones libres, por lo que la presencia eléctrica dentro del diodo aumentará rápidamente. Este aumento repentino de la corriente eléctrica puede destruir completamente el diodo convencional, pero un diodo Zener está diseñado para funcionar bajo una ruptura de avalancha y puede mantener el aumento repentino de la corriente. La ruptura por avalancha se produce en los diodos Zener con una tensión Zener (Vz) superior a 6V.

Avería del Zener

Cuando la tensión de polarización inversa utilizada se aproxima a la tensión Zener, el área eléctrica dentro de la zona de agotamiento se vuelve lo suficientemente robusta como para sacar electrones de su banda de valencia. Los electrones de valencia que consiguen una gran vitalidad de la zona eléctrica robusta dentro de la zona de agotamiento se lanzan desde el átomo madre o padre. Dentro del área de avería del zeneruna pequeña mejora de la tensión provoca una rápida mejora del presente eléctrico.

Fallo de avalancha vs. Fallo Zener

• El impacto zener es dominante a tensiones de hasta 5,6 voltios y el impacto de avalancha supera lo que determina.
• Cada uno de estos resultados está relacionado, con la distinción de que el impacto Zener es un fenómeno cuántico y el impacto de avalancha es el movimiento de los electrones dentro del banda de valencia como en cualquier regalo eléctrico.
• El impacto de la avalancha permite, además, que el diodo presente más de lo que permitiría una ruptura Zener.

Curva de atributos del diodo zener

El siguiente diagrama muestra el curva de atributos i-V del diodo Zener:

La curva de atributos de un diodo Zener se dividirá en dos elementos:

1. Sesgo directo
2. Polarización inversa

Polarización directa del diodo Zener

El cuadrante primario del gráfico representa las polarizaciones directas de un diodo Zener. En el gráfico podemos ver que es prácticamente similar a la polarización directa de algún otro diodo de unión P-N.

Diodo Zener de polarización inversa

Cuando se utiliza una tensión inversa para un Zener, una pequeña saturación inversa presente fluye inicialmente a través del diodo. Este presente se debe a los portadores minoritarios generados térmicamente. Como la tensión inversa es alta, a una determinada tensión inversa, el presente inverso aumentará drásticamente y de forma brusca. Esto es una señal de que se ha producido una avería. A esta tensión de ruptura o tensión Zener le damos un nombre y se denota como Vz.

Especificaciones del diodo Zener

Para garantizar el buen funcionamiento del diodo Zener en un circuito, debemos tener en cuenta estas especificaciones vitales.

• Tensión Vz
  La tensión Zener se refiere a la tensión inversa (de 2,4 V a unos 200 V; puede llegar hasta 1 kV, mientras que la tensión máxima de las unidades montadas en el suelo (SMD) es de unos 47 V).
• Iz presente (máx.)
  Mayormente presente en la tensión nominal Zener Vz, de 200 uA a 200 A).
• Iz presente (min.)
  Presencia mínima necesaria para que el diodo interrumpa, 5 mA y 10 mA.
• Calificación energética
  La potencia máxima que puede disipar el diodo Zener; viene dada por el producto de la tensión a través del diodo y la corriente que circula por él. Los valores típicos son 400 mW, 500 mW, 1 W y 5 W; para el montaje en el suelo, son típicos 200 mW, 350 mW, 500 mW y 1 W.
• Tolerancia de tensión
  Normalmente ±5%.
• Estabilidad de la temperatura
  Los diodos redondos de 5 V tienen una de las mejores estabilidades.
• Embalaje
  Los diodos Zener están dispuestos en una gran variedad de envases totalmente diferentes. La principal alternativa está entre las unidades montadas en el suelo y las convencionales con orificios pasantes. Sin embargo, el envase elegido suele definir el grado de disipación de calor del envase.
• Resistencia zener (Rz)
  Es la resistencia que ofrece el diodo Zener, como se ve en las trazas I-V.

Funciones del diodo Zener

Los diodos Zener se utilizan para la regulación de la tensión, como componentes de referencia, supresores de sobretensiones y en funciones de conmutación y circuitos de corte.

Diodo Zener como regulador de tensión

El diodo Zener se utiliza como regulador de tensión para gestionar la tensión en masas pequeñas. La tensión de ruptura de los diodos Zener será probablemente fija para un presente grande varía. El diodo Zener se conecta en paralelo a la carga para que tenga un sesgo inverso y, en cuanto el diodo Zener supera la tensión de ruptura, la tensión a través de la carga se convierte en fija.

Diodo Zener en la seguridad contra sobretensiones

Cuando la tensión de entrada es superior a la tensión de ruptura del Zener, presenta flujos a través del diodo y crea una caída de tensión a través de la resistencia; esto hace viajar al SCR y crea un cortocircuito a tierra. El cortocircuito abre el fusible y desconecta la carga de la disponibilidad. Esto se puede evitar utilizando el diodo Zener.

Diodo Zener en los circuitos trimmer

Los diodos Zener se utilizan para conmutar o formar circuitos de corte de onda de CA. El circuito de recorte limita o recorta partes de 1 o cada medio ciclo de una forma de onda de CA.

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Y eso es todo. Espero que hayas entendido algo de este tutorial sobre los diodos Zener y su funcionamiento. Si este tutorial te ha resultado fascinante o útil, compártelo con tus amigos y si tienes alguna pregunta, déjala en los comentarios de abajo, ¡nos vemos en nuestro próximo tutorial!