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Los diodos rectificadores y los diodos para pequeña
señal nunca se emplean intencionadamente en la zona de
ruptura, ya que esto podría dañarlos. Un diodo zener es
diferente; se trata de un diodo de silicio que se ha diseñado
para que funcione en la zona de ruptura.
Recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin
Zener.
Llamado a veces diodo de avalancha, el diodo zener
es la parte esencial de los reguladores de tensión; estos son
circuitos que mantienen la tensión casi constante, con
independencia de que se presenten grandes variaciones de la
tensión de red y de la resistencia de carga.
Diodo Zener
A
K
Zona de trabajo
diodo Zener
ID
VD
Símbolo
esquemático
Diodo de ruptura trabaja en polarización inversa en la zona
denominada región de ruptura
Aplicación típica: regulador de tensión
Característica corriente-tensión
Características
En polarización directa se comporta como un diodo común.
A partir de la ruptura la corriente aumenta manteniendo la tensión
aproximadamente constante en el valor VBR = Vz.
Se utiliza como regulador de tensión. La tensión es relativamente
insensible a las variaciones de la alimentación o de la corriente de carga.
El valor Vz es particular de cada diodo.
Cuando el diodo esta polarizado inversamente, una pequeña
corriente circula por él, llamada corriente de saturación Is, esta
corriente permanece relativamente constante mientras aumentamos
la tensión inversa hasta que el valor de ésta alcanza Vz, llamada
tensión Zener (que no es la tensión de ruptura zener), para la cual el
diodo entra en la región de colapso. La corriente empieza a
incrementarse rápidamente por el efecto avalancha.
Modelo circuital equivalente lineal del diodo Zener
Vz = Vzo + rz Iz
A K
A K + -
V Rb
K
A rz
Vz Vzo
VAK V
Vz < VAK < V
Característica corriente-tensión real en la zona de ruptura
ID
VD 0 IR
Vzk
Izk
IzT
Iz
Vzo
Vz
Pendiente 1/rz
IzM
IR: corriente inversa
para VR < Vz
Vz: tensión Zener
Izmínima = Izk corriente de rodilla (pto.inflexión)
Izmáxima = IzM, (Pzmáx/Vz)
Para Izk Iz IzM, la tensión se considera constante en Vz
IzT (corriente de prueba) (Pzmáx/4)
rZ: resistencia incremental o dinámica
rZ = Vz/ Iz
Hoja de datos: Interpretación
Encapsulado
Régimen
térmico
Potencia máxima
Tensión Zener Impedancia Zener Corriente
inversa
Coeficiente
temperatura
Corriente
máxima
Potencia máxima de disipación.
Puesto que la tensión es
constante en la zona de
trabajo, la máxima potencia se
refiere al máximo valor de la
corriente que puede soportar
el Zener.
Diodo Zener como regulador de tensión
Dz RL Vo
Rs
+
- VCC
Circuito básico (diodo ideal)
ID
VD
Izmáx = Pzmáx/Vz
Izmín = 0
Vz
En región de ruptura: Vo = Vz sobre la carga RL.
Para analizar el circuito se debe:
1- Determinar si el diodo se encuentra en la región de ruptura
2- Reemplazar al diodo por su circuito eléctrico equivalente
3- Resolver el circuito resultante
Ver ejemplos
Diodo Zener como regulador de tensión
Dz RL Vo
Rs
+
- VCC
Ver ejemplos
Se pueden presentar varios casos:
Caso 1: Vcc fijo, RL variable, Zener ideal (Izmín =0)
Caso 2: Vcc variable, RL fijo, Zener ideal (Izmín =0)
Caso 3: Vcc variable, RL variable, Izmín 0
Caso 4: Vcc variable, RL variable, Izmín 0, rz 0
1- Determinar zona de funcionamiento
Si V Vz el diodo estará polarizado en la región de ruptura
L
Ls
CCR
R R
V Vo
Si V < Vz el diodo estará
polarizado en inversa.
Dz RL Vo
Rs
+
- VCC V -
Se reemplaza por el circuito eléctrico equivalente y se resuelve.
RL Vo
Rs
+
- VCC
Is
- +
- Vz -
Iz IL zo V V
s
zCCLzs
R
V- V I I I
Se elimina el diodo y se calcula la tensión a circuito abierto.
Se comportará como un interruptor abierto.
Ejemplo: Calcular VL, Iz y Pz para RL= 1.2 k y RL = 3 k
Dz RL VL
Rs = 1 k
+
- VCC
16 V
Vz = 10 V
Pz = 30 mW
RL= 1.2 k
V
V8.73 k 1.2 k 1.2 k 1
V16R
R R
V V L
Ls
CC
V8.73 VL
El Zener no está en su región de trabajo y se comporta como circuito
abierto.
ID
VD
Izmáx = 30 mW/10V
Izmín = 0
Vz = 10 V
V = 8.73 V
V0 Iz
V0 Pz
RL = 3 k
Dz RL VL
Rs = 1 k
+
-
VCC
16 V V
V10 V12 k 3 k 3 k 1
V16R
R R
V V L
Ls
CC
V10 Vz VL
El Zener está en su
región de trabajo.
ID
VD
Izmáx = 30 mA
Izmín = 0
Vz = 10 V
V = 12 V
mA 2.67 I - Is I Lz
mW 26.7 Iz Vz Pz
RL VL
Rs
+
- VCC
Is
- +
- Vz -
Iz IL mA 3.33
k 3
V10
RV I
LLL
mA 6 k 1
V10- V16
R V- V I
szccs