¿Qué es?

Los diodos rectificadores son el tipo de diodos más comunes. Se emplean en fuentes de potencia para convertir voltaje de C.A en voltaje de C.D. Pero la rectificación no es lo único que se puede hacer con un diodo.

Los diodos Zener son muy importantes, ya que son la clave para la regulación de voltaje.

Los diodos rectificadores y los diodos para señales pequeñas cuando se emplean intencionalmente en la región de rompimiento, ya que esto podría dañarlos.  

Un diodo Zener es diferente. Se trata de un diodo de silicio que se ha diseñado para que opere en la región de rompimiento (Llamados a veces diodos de rompimiento).

Nota: Los diodos Zener es la esencia de los reguladores de voltaje, los cuales son circuitos que mantienen el voltaje casi constante sin importar que se presenten grandes variaciones en el voltaje de la línea y la resistencia de carga.

Variando el nivel de impurificaciones de los diodos de silicio, el fabricante puede producir diodo Zener con voltajes de rompimiento que van desde 2V hasta 200V. Estos diodos pueden operar con cualquiera de las tres regiones: directa, fuga y rompimiento.

 

Definición: Es un diodo semiconductor con propiedades especiales en la zona de “polarización inversa “que los hace muy útiles, como reguladores de voltaje (voltaje constante a la salida) o como fuente de voltaje constante (C.D).

SIMBOLO ELÉCTRÓNICO.

Nota: Para trabajo en la región Zener K (+), A (-).

 

Características V-I (voltaje amperimétricas).

Región OA: Diodo polarizado directamente (corto circuito).

Región 0B: Diodo polarizado inversamente (circuito abierto).

Región BC: Diodo polarizado inversamente. Pero el dispositivo que indicará un valor de voltaje Vz con una Rz (resistencia intensa).

 

Resistencias Zener

Como todo diodo tiene cierta resistencia de estructura en sus regiones P y N, la corriente en un diodo Zener produce una pequeña caída de voltaje; además del voltaje de rompimiento.

Para decirlo de otra forma: Si un diodo Zener está operando en la región rompimiento un aumento en la corriente producirá un ligero aumento en el voltaje. El incremento es muy pequeño, generalmente de unas décimas de voltio. Esto puede ser muy importante en el diseño, pero no en la detección de fallas en los análisis preliminares. 

Regulador Zener

Un diodo Zener recibe a veces el nombre de diodo regulador de voltaje porque contiene un voltaje de salida constante aun cuando la corriente sufra cambios.

En operación normal, el diodo Zener debe tener polarización inversa como se indica en la siguiente figura:

 

Nota: Para obtener operación de rompimiento, el voltaje Vs >Vrop zener siempre que se emplea un resistor en serie (Rs).

Esto es una forma alterna de dibujar el circuito, incluyendo las tierras. Siempre que un circuito tenga tierras, es preferible medir los voltajes de nodos con respecto a tierra.

Diodo Zener ideal

Para efectos de detección de fallas y análisis preliminares, la región de rompimiento se puede aproximar mediante una recta vertical. En consecuencia, el voltaje es constante aun cuando la corriente cambie, lo cual equivale a ignorar la resistencia Zener.

Esto significa que el diodo Zener al operar en la región de rompimiento, se comporta teóricamente como una batería. En un circuito, esto quiere decir que un diodo Zener se puede sustituir mentalmente por una fuente de voltaje de valor Vz, suponiendo que el diodo está operando en la región de rompimiento.

 

 

Segunda aproximación

En esta figura se puede apreciar la segunda aproximación de un diodo Zener. Una resistencia Zener (relativamente pequeñas) está en serie con una batería. La resistencia produce una caída de voltaje igual al producto de la corriente y la resistencia.

Ejemplo:

Suponga que el diodo Zener de la figura a continuación tiene un voltaje de rompimiento de 10V. ¿Cuáles son las corrientes Zener máximas y mínimas?

Teóricamente, un diodo Zener actúa como la batería que se ve en a la figura b) por lo tanto voltaje de salida es de 10V para cualquier voltaje de fuente que este entre los 20 V a 40 V.

La corriente mínima ocurre cuando el voltaje de la fuente es mínimo.  Visualice 20V en el extremo izquierdo del resistor y 10V en el extremo derecho.

La corriente máxima ocurre cuando el voltaje de la fuente es máximo (40 V). En este caso, el voltaje en el resistor es de 30V, lo que representa una corriente de:

Nota: Se construyen diodos Zener con:

Ejemplo:

¿Está el diodo operando en la región de rompimiento?

Desconectamos mentalmente el diodo Zener. Todo lo que tenemos es una división de voltaje con 270 ohms en serie con 1K.

La corriente en el divisor:

Si multiplico esta corriente por la resistencia obtengo el voltaje Thévenin:

Como este voltaje es mayor que Vz, dicho diodo está operando en la región de rompimiento:

Como el voltaje de carga es 10V, la corriente es:

Ejercicios sobre diodos Zener.

Para el circuito de la figura se tiene lo siguiente:

 

Cuál debe ser el valor de Rs para permitir una corriente de mantenimiento mínima para el Zener de 1mA?

 

¿Qué aplicación puede tener el siguiente circuito?

 

Criterios prácticos

Para asegurar el funcionamiento del diodo en la región Zener (avalancha).

Ejemplos.

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