Diodo Zener

Diodo Zener

El diodo zener, es un dispositivo semiconductor compuesto por la unión de dos materiales con diferente dopado. Básicamente, se estructura igual que un diodo semiconductor o diodo de pequeña señal. La gran diferencia, es que el diodo zener trabaja en la región de ruptura o zener. Esta región se da cuando el diodo se polariza en inversa. Por lo tanto, el diodo zener, se utilizará como un diodo polarizado en inversa. Una de las aplicaciones más comunes de estos diodos es la de regular voltaje.

Diodo zener

Figura 1: Diodos tipo zener.

Debido a que tiene características de regulador, en el mercado existen una gran cantidad de valores de diodos zener. Puedes encontrar de 3V, 3.3V, 4.7V, 5.1V, 6.2V, 7.5V, 8.2V,12V, 15V, y muchos más. El símbolo electrónico del diodo zener es el mismo que el del diodo convencional pero en la linea del cátodo se forma una letra «Z» como se puede observar en la siguiente figura. Además, debido a que se polariza en inversa siempre tendremos en mente que la corriente va de cátodo a ánodo.

diodo zener

Figura 2: Símbolo de un diodo zener.

 

Comportamiento del diodo Zener

Como se puede observar en la siguiente figura, el comportamiento de un diodo zener no dista de el diodo convencional. Desde el punto de vista de su comportamiento son iguales. La aplicación es que en este caso el voltaje de zener o Vz es seleccionado de manera cuidadosa. Usualmente desde las unidades hasta las decenas de volts. Lo que lo hace ideal para trabajar su comportamiento «on-off» para esta región.

Diodo zener

Figura 3: Curva de un diodo semiconductor. En azúl se representa la región en directa y en rojo la región en inversa.

 

Ejemplo de diodo Zener

En primer lugar, considere el siguiente circuito. Se tiene un divisor de voltaje o tensión con un par de resistencias. En este caso se tiene que tomar en cuenta que la resistencia R2 es la carga de un sistema. R1, por lo tanto, es la resistencia en serie o de salida de algún otro módulo. A continuación, suponga que queremos limitar o regular el voltaje de entrada de dicho sistema con un voltaje máximo (de 5V, pero puede variar dependiendo el diodo zener). Esto aplicable a casos donde el incremento de potencial pueda dañar algún circuito o sistema. Buscamos un diodo zener con el voltaje máximo deseado y lo configuramos como la siguiente figura.

Calculos de comprobación

Favor de revisar que si por ejemplo, el sistema tiene una carga variable (resistencia o impedancia) es posible que el voltaje supere al del zener. Tomemos por ejemplo una resistencia en serie de 1 KOhm. Un voltaje de entrada de 12V. El voltaje máximo, o del zener es de 5V. La carga varia de 500 Ohms a 10 KOhms. Entonces consideramos las salidas si el diodo zener no estuviera puesto, que serian.

    \[ V_o= V_i \left(\frac{R_L}{R_1+R_L}\right) = 12V \left(\frac{10K\Omega}{1K\Omega+10K\Omega}\right) \approx 10.909V \]

    \[ V_o= V_i \left(\frac{R_L}{R_1+R_L}\right) = 12V \left(\frac{500\Omega}{1K\Omega+500\Omega}\right) = 4V \]

Por lo tanto, la salida es mayor a 5V. Cabe señalar que en el diagrama que se muestra a continuación el diodo zener no esta conectado al circuito.

Diodo zener

Figura 4: Divisor de tensión, en donde la resistencia de carga hace las veces de R2.

Se puede observar que sin el diodo zener, se sobrepasa el nivel de voltaje máximo. Al poner el diodo entre la salida del divisor y tierra, la diferencia de potencial del mismo se mantiene fija. Por lo tanto, cuando la salida del voltaje es mayor al Vz, entonces la salida es Vz. En este caso 5V.

diodo zener

Figura 5: Con un diodo en un divisor, la tensión se regula al voltaje del diodo.

ATENCIÓN

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