Un diodo Zener es un componente electrónico diseñado para operar en la región de ruptura inversa de su característica voltaje-corriente. A diferencia de los diodos convencionales, que conducen corriente en una dirección específica y bloquean el flujo en la dirección opuesta, el diodo Zener se utiliza en aplicaciones donde necesitamos mantener un voltaje constante.
Cuando un diodo Zener se polariza inversamente y se aplica un voltaje superior a su voltaje de ruptura, comienza a conducir corriente en sentido inverso. Esto permite que el diodo Zener mantenga un voltaje constante a través de sus terminales, actuando como un regulador de voltaje.
Curva Característica del Diodo Zener:
El siguiente diagrama muestra la curva característica I-V del diodo Zener:
- Polarización Directa del Diodo Zener:
- En la polarización directa, el diodo Zener se conecta de manera que la corriente fluye de manera natural a través de él, desde el ánodo (terminal positivo) hacia el cátodo (terminal negativo).
- En esta condición, el diodo Zener actúa de manera similar a un diodo convencional, permitiendo que la corriente fluya en la dirección de la flecha que suele estar marcada en el símbolo del diodo.
- La polarización directa del diodo Zener generalmente no se utiliza para la regulación de voltaje, ya que en esta configuración el diodo funciona más como un diodo regular, con una caída de voltaje típica.
- Polarización Inversa del Diodo Zener:
- La polarización inversa es la condición de operación principal para la aplicación de regulación de voltaje con un diodo Zener.
- En la polarización inversa, el diodo Zener se conecta de manera que la tensión aplicada es negativa en el ánodo y positiva en el cátodo, contrario a la dirección natural de conducción.
- Cuando la tensión inversa alcanza el voltaje Zener (el voltaje de ruptura específico del diodo Zener), el diodo Zener entra en conducción, permitiendo que una corriente inversa limitada fluya a través de él.
- Durante esta condición, el diodo Zener mantiene un voltaje constante entre sus terminales, actuando como un regulador de voltaje.
Especificaciones del Diodo Zener:
- Tensión Vz
La tensión Zener se refiere a la tensión de ruptura inversa (de 2.4 V a unos 200 V; puede llegar hasta 1 kV, mientras que la máxima para dispositivos montados en superficie (SMD) es de unos 47 V). - Corriente Iz (máx.)
Corriente máxima a la tensión nominal del Zener Vz, de 200 uA a 200 A). - Corriente Iz (mín.)
Corriente mínima necesaria para que el diodo se rompa, 5 mA y 10 mA. - Potencia nominal
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 fluye a través del mismo. Los valores típicos son 400 mW, 500 mW, 1 W y 5 W; para montaje en superficie, son típicos 200 mW, 350 mW, 500 mW y 1 W. - Tolerancia de tensión
Normalmente ±5%. - Estabilidad de la temperatura
Los diodos alrededor de 5 V tienen la mejor estabilidad. - Empaque
Los diodos Zener se especifican en una variedad de empaques diferentes. La elección principal es entre los dispositivos de montaje superficial y los tradicionales con orificios pasantes. Sin embargo, el encapsulado elegido suele definir el nivel de disipación de calor del encapsulado. - Resistencia Zener (Rz)
Es la resistencia que presenta el diodo Zener como se aprecia en las características I-V.
Aplicaciones:
- Regulación de voltaje con Diodo Zener
Cuando un diodo Zener se polariza inversamente y se conecta en paralelo a una carga, actúa como un regulador de voltaje. Si la tensión de entrada supera el voltaje Zener, el diodo Zener comienza a conducir corriente en sentido inverso, manteniendo el voltaje en sus terminales a un nivel constante.
Este proceso es fundamental para estabilizar la tensión en aplicaciones donde la variabilidad de la fuente de alimentación podría afectar negativamente el rendimiento de un circuito. Al utilizar un diodo Zener en un regulador de voltaje, se garantiza que la tensión a través de la carga permanezca constante, independientemente de las fluctuaciones en la fuente de energía.
- Diodo Zener en la protección contra sobretensiones
- Operación Normal:
- En condiciones normales, cuando la tensión aplicada al diodo Zener es menor que su voltaje de ruptura, el diodo Zener se comporta como un circuito abierto y no conduce corriente significativa.
- Sobretensión:
- Cuando se produce una sobretensión y la tensión en el circuito supera el límite seguro, el diodo Zener entra en la región de ruptura inversa.
- En este estado, el diodo Zener comienza a conducir corriente inversa, manteniendo un voltaje constante igual a su voltaje de ruptura.
- Limitación de la Tensión:
- El diodo Zener actúa como un regulador de voltaje, limitando la tensión en el circuito a su voltaje de ruptura.
- Esto ayuda a proteger otros componentes electrónicos conectados en paralelo al diodo Zener, ya que evita que la tensión en el circuito alcance niveles que puedan dañarlos.
- Disipación de Energía:
- La corriente que fluye a través del diodo Zener durante la sobretensión lleva la energía adicional a través del diodo, ayudando a disiparla y protegiendo así los componentes sensibles.
- Operación Normal:
- Diodo Zener en Circuitos Recortadores:
- Circuito Recortador Simple:
- Imagina un circuito básico que tiene un diodo Zener conectado en paralelo a una resistencia y a una fuente de señal de entrada.
- Cuando la señal de entrada supera el voltaje de ruptura del diodo Zener, este comienza a conducir, limitando la señal a ese voltaje constante.
- Recorte de Señal:
- Si la señal de entrada supera el voltaje Zener, el diodo entra en conducción inversa.
- El diodo Zener «recorta» las partes de la señal que exceden su voltaje de ruptura, limitando la amplitud de la señal de salida.
- Protección contra Sobretensiones:
- Además de recortar la señal, el diodo Zener puede proporcionar cierta protección contra sobretensiones al limitar el voltaje a un nivel seguro.
- Aplicaciones Prácticas:
- Este tipo de circuitos recortadores con diodo Zener se utilizan en diversas aplicaciones, como en la protección de equipos electrónicos contra señales de entrada excesivamente altas.
- Ajuste de Niveles de Señal:
- Se pueden utilizar diferentes diodos Zener con voltajes de ruptura específicos para ajustar los niveles de recorte y adaptar el circuito a diferentes aplicaciones.
- Circuito Recortador Simple:
