¿Por qué usamos diodos Zener? Su símbolo, funcionamiento y usos

Si estás interesado en el funcionamiento de los diodos Zener y por qué son ampliamente utilizados, ¡has llegado al lugar correcto! En este artículo, descubrirás su símbolo, cómo funcionan y los diversos usos que tienen en la electrónica actual. ¡Prepárate para sumergirte en el apasionante mundo de los diodos Zener!

No hay duda de que el diodo Zener es uno de los tipos de diodos más utilizados. Debido a su amplia gama de aplicaciones como regulación de voltaje, circuitos de conmutación, circuitos recortadores y supresores de sobretensiones. En este artículo, discutiremos qué es un diodo Zener, su construcción, funcionamiento y aplicaciones. Comencemos con la definición de un diodo Zener.

¿Qué es un diodo Zener?

Un diodo Zener es un tipo especial de dispositivo semiconductor que está diseñado para operar en el modo de polarización inversa. A diferencia de un diodo normal, que se descompone a un voltaje predeterminado, un diodo Zener se descompone a un voltaje constante, independientemente del flujo de corriente. Esta propiedad única hace que los diodos Zener sean ideales para su uso en aplicaciones de regulación de voltaje.

Zener diodes are named after Dr. Clarence Zener, who discovered the electrical breakdown effect in 1930.

Símbolo de circuito de diodo Zener

El diodo Zener está encerrado en un pequeña encapsulación de vidrio. Tiene una banda alrededor de un extremo que denota el diodo. lado del cátodo.

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¿Cuál es el motivo del símbolo ‘Z’ en un diodo Zener?

El diodo Zener lleva el nombre del científico Clarence Zener, por lo que se usa el símbolo ‘Z’ con él.

Unlike a regular diode, which only conducts current in one direction, a Zener diode can conduct current in either direction when it is reverse-biased above a certain voltage known as the "Zener voltage".

¿Qué es el voltaje Zener?

El voltaje Zener es el voltaje al que el diodo Zener comienza a conducir corriente y opera continuamente en el modo de polarización inversa sin dañarse. Este voltaje puede variar de 2,4 V a aproximadamente 200 V; puede subir a 1 kV. El voltaje máximo para el dispositivo montado en superficie (SMD) es de aproximadamente 47 V.

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¿Cómo funciona el diodo Zener?

Los diodos Zener están diseñados para operar en el región de descomposición. En condiciones de polarización directa, el diodo Zener funciona como un diodo normal. En condiciones de polarización inversa, la corriente comienza a fluir a través del diodo si el voltaje inverso alcanza el voltaje de ruptura inverso del voltaje Zener.

La siguiente figura muestra un circuito en el que un diodo Zener está conectado a través de una carga. Una resistencia en serie Rs está conectada al circuito. Determina la corriente máxima que se permite fluir a través del circuito.

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Por ejemplo, si un circuito está diseñado para operar a 5 voltios pero la fuente de alimentación fluctúa entre 4 y 6 voltios, el uso de un diodo Zener en el circuito puede ayudar a estabilizar el voltaje.

Commonly used Zener diodes are of the BZX55 and BZX85 series.

Tipos de descomposición inversa en diodo Zener

Hay dos tipos de ruptura inversa en los diodos Zener. Ellos son ;

  • Desglose de avalancha
  • descomposición zener

Desglose de avalancha

Cuando un diodo de unión PN tiene una capa gruesa de empobrecimiento y está moderadamente dopado, se produce una ruptura por avalancha. Cuando se aplica un alto voltaje inverso a través del diodo, aumenta el campo eléctrico a través de la región de agotamiento. Este campo eléctrico rompe el enlace y libera electrones libres.

Estos electrones chocan con más átomos en la unión para generar más electrones libres. Por lo tanto, la corriente eléctrica aumenta rápidamente debido a una gran cantidad de electrones libres.

Zener diodes that have a Zener voltage (Vz) greater than 6V experience avalanche breakdown.

Desglose de Zener

La ruptura de Zener ocurre cuando el diodo de unión PN tiene una región de agotamiento delgada y está fuertemente dopado. Esta estrecha región de agotamiento comienza a producir un poderoso campo eléctrico cuando se aplica un voltaje de polarización inversa. Cuando este voltaje alcanza el voltaje Zener, el campo eléctrico obliga a los electrones a salir del enlace covalente.

Así se generan electrones libres y se produce corriente eléctrica. La ruptura de Zener ocurre cuando el campo eléctrico se expande significativamente pero permanece limitado, lo que dificulta la aceleración de numerosos portadores de carga.

¿Cuál es la diferencia entre el desglose de avalancha y el desglose de Zener?

La principal diferencia entre el desglose de avalancha y el desglose de Zener es el cortocircuito. La ruptura por avalancha ocurre a un voltaje superior a 8 V, mientras que la ruptura Zener ocurre en el rango de voltaje de 5-8 V o menos de 5 V. Otras diferencias se dan en la siguiente tabla.

Características Desglose de avalancha descomposición zener
efecto tunel Sin efecto túnel El efecto túnel se produce
dopaje Mínimo en empalme PN Alta en empalme PN
Impacto en la unión La unión se daña permanentemente La unión vuelve a la normalidad cuando se elimina el voltaje.
Campo eléctrico Débil Fuerte
Coeficiente de temperatura Positivo (Tensión directamente proporcional a la temperatura) Negativo (Voltaje inversamente proporcional a la temperatura)
Region de agotamiento Grueso Delgado
Campo eléctrico Débil Fuerte
Diferencias entre el desglose de Avalanche y Zener

VI Característica del diodo Zener

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La figura anterior muestra la VI características del diodo Zener. El características de avance de los diodos Zener son similares a los de los ordinarios Diodos de unión PN. Pero en la condición de polarización inversa, a medida que aumenta el voltaje inverso, una pequeña corriente de saturación inversa fluye a través del diodo debido a los portadores minoritarios.

Cuando este voltaje inverso alcanza el voltaje Zener, el la corriente inversa aumenta significativa y abruptamente. El diodo comienza a conducir manteniendo una voltaje terminal constante.

Parámetros generales del diodo Zener

En la siguiente tabla se dan diferentes parámetros del diodo Zener y sus valores.

Vz (voltaje zener) 2,4 V – 100 V, puede alcanzar hasta 1 kV, límite de dispositivo montado en superficie (SMD) de aproximadamente 47 V)
Izmax (corriente máxima) 200 μA a 200 A
Izmin (Corriente mínima para avería) 5 mA y 10 mA.
Fuerza Vz*Iz
Los valores típicos son 400 mW, 500 mW, 1 W y 5 W; para montaje en superficie, 200 mW, 350 mW, 500 mW y 1 W son típicos.
Tolerancia de voltaje 5%
Parámetros de un diodo Zener

¿Por qué el diodo Zener necesita estar fuertemente dopado?

Para que el diodo Zener funcione correctamente, debe ser fuertemente dopado. Esto significa que hay un gran cantidad de impurezas presente en la materia. Las impurezas ayudan a crear una región de agotamiento cerca de la unión, lo que permite que la corriente fluya más fácilmente. El dopaje pesado también asegura que el diodo Zener permanece operativo incluso cuando hay una gran diferencia de potencial a través de la unión.

Aplicaciones del diodo Zener

Regulador de voltaje – Cuando el diodo Zener en polarización inversa alcanza el voltaje de ruptura, el voltaje de salida se vuelve constante. Por lo tanto, puede usarse como un regulador de voltaje de derivación.

Como elementos de referencia – Dado que proporciona un voltaje de salida constante, puede usarse como elemento de referencia en circuitos electrónicos.

Como supresores de sobretensiones – Para suprimir picos de tensión.

circuitos clipper – Los diodos Zener se pueden usar en circuitos de recorte para recortar ondas sinusoidales de entrada.

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¿Por qué usamos diodos Zener? Su símbolo, funcionamiento y usos

¿Por qué usamos diodos Zener? Su símbolo, funcionamiento y usos

Los diodos Zener son componentes electrónicos que se utilizan ampliamente en circuitos y aplicaciones donde se
requiere una regulación precisa de la tensión. Estos diodos se utilizan principalmente en fuentes de alimentación,
reguladores de tensión, protección contra sobretensiones, conversión de corriente continua a corriente alterna,
entre otros.

Símbolo de los diodos Zener:

Los diodos Zener se representan mediante un símbolo gráfico en los circuitos electrónicos. Este símbolo estándar
facilita la identificación e inclusión de los diodos Zener en los diseños de circuito. El símbolo de un diodo Zener
está formado por una línea recta que representa la carcasa del diodo y una línea en diagonal con una línea horizontal
en la intersección, que indica la dirección del flujo de corriente.

Funcionamiento de los diodos Zener:

Los diodos Zener funcionan de manera similar a los diodos rectificadores convencionales, permitiendo el flujo de
corriente en una dirección y bloqueándola en la dirección opuesta. Sin embargo, a diferencia de los diodos
rectificadores, los diodos Zener están diseñados para operar en la región de ruptura.

Cuando se aplica una tensión inversa superior a su voltaje de ruptura, el diodo Zener comienza a conducir de forma
controlada, permitiendo que la corriente fluya a través de él. Esto significa que el diodo Zener puede mantener una
tensión constante a medida que la corriente fluctúa, lo que lo convierte en un componente ideal para la regulación
de tensión en circuitos electrónicos.

Usos de los diodos Zener:

Los diodos Zener se utilizan en una variedad de aplicaciones debido a su capacidad para regular la tensión. Algunos de
los usos más comunes de los diodos Zener son:

  1. Reguladores de Tensión: Los diodos Zener se utilizan para estabilizar voltajes en circuitos electrónicos y
    garantizar que se mantengan dentro de un rango específico.
  2. Protección contra Sobretensiones: Los diodos Zener se utilizan como protectores contra sobretensiones,
    permitiendo que la tensión se desvíe a través del diodo en lugar de dañar los componentes sensibles del
    circuito.
  3. Conversión de Corriente Continua a Corriente Alterna: Los diodos Zener se utilizan en aplicaciones donde se
    requiere convertir corriente continua (DC) en corriente alterna (AC), como en la generación de señales
    analógicas.

En conclusión, los diodos Zener son componentes esenciales en el mundo de la electrónica gracias a su capacidad para
regular la tensión. Su símbolo gráfico característico, su funcionamiento en la región de ruptura y sus múltiples usos
los convierten en una herramienta invaluable para garantizar la correcta operación de los circuitos electrónicos.

Fuente: es.wikipedia.org – Diodo Zener

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