El diodo Zener es una variación de diodos comunes con unión PN diseñada específicamente para polarizarse inversamente, que funciona como un dispositivo de protección o un regulador de voltaje. El propósito de este artículo es explicar cómo funciona el diodo zener, cuáles son sus aplicaciones, cuáles son sus especificaciones y qué tipos están disponibles en el mercado.
Indice
¿Qué es el diodo Zener?
Un diodo normal, cuando está directamente polarizado, permite el paso de corriente con una pequeña caída de voltaje. Cuando se polariza inversamente, el diodo no permite que pase la corriente, a menos que el valor del voltaje exceda el valor de ruptura, es decir, el valor máximo del voltaje inverso que soporta el componente, causando que el diodo se queme.
Símbolos y foto del diodo zener
El diodo zener está diseñado para funcionar siempre polarizado inversamente, con un objetivo: desde el momento en que se alcanza el voltaje de ruptura del componente, el voltaje permanece constante, de modo que funciona como un regulador de voltaje. Por supuesto, si el voltaje aumenta demasiado, el diodo zener también se quemará y se cortocircuitará.
Cuando se polariza directamente, el zener se comporta como un diodo común. Al comprar un diodo zener, es necesario verificar el voltaje de regulación, que es el que permanecerá constante en sus terminales después de polarizar inversamente el componente con un voltaje igual o mayor que el voltaje de regulación. Compruebe también la corriente de funcionamiento mínima y máxima para asegurarse de que el componente funcionará correctamente.
El diodo zener recibe su nombre del científico físico estadounidense Clarence Melvin Zener (1905-1993), quien fue el primero en describir la propiedad eléctrica que hace que este componente funcione.
Curva característica del diodo Zener
La siguiente curva es genérica para cualquier diodo, pero para el zener, nos centraremos en la parte izquierda, donde el componente está inversamente polarizado.
Cuando el voltaje inverso en el componente es menor que el voltaje de ruptura del zener, continúa funcionando exactamente como un diodo común. Sin embargo, cuando el valor del voltaje se acerca al voltaje de ruptura, el diodo comienza a conducir y absorber la corriente. Incluso tratando de aumentar el voltaje inverso en los terminales del componente, permanecerá constante (a menos que la corriente sea tan alta que exceda las limitaciones del componente, causando un cortocircuito). Por lo tanto, el diodo zener cuando está polarizado inversamente con un voltaje igual o mayor que el voltaje de ruptura mantendrá el voltaje constante en sus terminales, el llamado voltaje zener.
A diferencia de los diodos normales, el voltaje de ruptura en el zener es mucho más bajo, estando en el rango de 2.4V a 100V, mientras que un diodo común 1N4007 tiene un voltaje de ruptura de 1000V.
Tipos y aplicaciones
Debido a su propiedad principal, es decir, mantener el voltaje constante después de que el voltaje en sus terminales alcanza y excede el voltaje de ruptura, el diodo zener se usa ampliamente como regulador de voltaje en los circuitos electrónicos. Con él, es posible garantizar que el voltaje se fija en un cierto valor, lo que garantiza la seguridad del proyecto.
En los circuitos de clipper, el componente también se usa ampliamente. Los cortapelos son circuitos que permiten el paso de una señal de entrada sin ninguna modificación hasta que alcanza un cierto valor de voltaje, en el que la salida se limita.
Para utilizar el componente como regulador de voltaje, se conecta en paralelo con los terminales de salida de la fuente, de modo que está polarizado inversamente.
Imagen de tutoriales de electrónica.
La resistencia Rs entre el zener y el positivo de la fuente sirve para limitar la corriente que pasa a través del diodo. Esta resistencia debe dimensionarse de acuerdo con la potencia máxima del diodo zener y el voltaje de la fuente. A partir de esto, se calcula la corriente que puede fluir a través del circuito, y luego, usando la Ley de Ohm, se calcula el valor de resistencia requerido para la resistencia Rs.
Para que el circuito funcione correctamente, el voltaje de entrada Vin debe ser mayor que el voltaje zener del diodo. Sin esto, el circuito no funcionará correctamente.
Los voltajes más comunes para los diodos zener se muestran a continuación. Los zeners de hasta 500 mW, más comunes en los circuitos electrónicos, siguen la misma secuencia de valores utilizada en las resistencias E24. Están disponibles en valores que van desde 2.4V a más o menos 100V.
Además del voltaje, es necesario tener en cuenta la corriente de funcionamiento mínima y máxima del componente.
Cuando la corriente es menor que la corriente mínima, el zener no puede entregar sus propiedades principales, lo que hace que no funcione correctamente. Si la corriente excede la corriente máxima, el componente se colapsa y se quema, haciéndolo inútil.
Cuando se conecta en serie, el voltaje zener en los componentes se suma. Tenga en cuenta que en el siguiente circuito, entre los 3 diodos zener hay un diodo normal, que está directamente polarizado.
Imagen de tutoriales de electrónica.
Cuando un diodo normal se polariza directamente, hay una caída de voltaje en él de 0.6 o 0.7 voltios. Es por eso que, de ZD2 a ZD3, el voltaje cae de 10.6V a 10V.
A partir de la conexión en serie, es posible obtener diferentes voltajes de los que están tabulados, lo que permite la creación de fuentes de voltaje con salidas estabilizadas a diferentes valores.