💡 Diodo Zener ◁ ¿Qué es, características y para qué sirve?


🔎 ¿QUÉ ES UN DIODO ZENER

Los diodos zener están diseñados para mantener un voltaje constante en sus terminales para esto debe ser polarizado inversamente con un voltaje por arriba de su ruptura o voltaje zener Vz. Cuando se llega al voltaje de ruptura el diodo zener comienza a conducir en la dirección inversa. Se debe considerar que es un elemento no lineal, por lo tanto ΔVz no es directamente proporcional a ΔIz. El simbolo correspondiente al diodo zener es posible representar de dos formas:
La potencia máxima prevista para un diodo zener se especifica como Pz = Vz ∙ Izmax
Es posible representar como una fuente de voltaje Vz y un resistor Rz, como se muestra a continuación:
 
 

🔍 ¿PARA QUÉ SIRVE UN DIODO ZENER?

Son buenos candidatos para construir reguladores de voltaje simples o limitadores de voltaje, ya que al mantener un voltaje de CD estable en presencia de una tensión variable de voltaje y con una resistencia de carga variable.


⚒ CARACTERÍSTICAS DEL DIODO ZENER

Una de las principales características que identifican al diodo zener es la polarización inversa, ya que un diodo común al ser polarizado inversamente actúa como un circuito abierto.

Cuando la corriente a través del diodo zener cambie, el voltaje de salida permanece relativamente constante, es decir la variación de ΔIz y ΔVz.

Los diodos Zener se pueden polarizar directamente y comportarse como un diodo norma en donde su voltaje permanece cerca de 0.6 a 0.7 V.  


♋ CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO ZENER

La curva característica corriente-voltaje para el diodo zener ideal se muestra en la Imagen en color rojo. Este modelo implica que el diodo zener en polarización directa se comporta como un diodo rectificador o de potencia y está completamente activado para cualquier voltaje mayor o igual a 0, al tener polarizado inversamente se tiene que permite el flujo de corriente hasta tener el voltaje de ruptura o voltaje zener (Vz). Una buena aproximación inicial para el diodo zener real se da por la línea de color azul, en la región de polarización directa se muestra muy similar al diodo normal o a la curva característica del diodo pero para este caso en la región de polarización inversa se puede observar que tiene una fuga de corriente antes de llegar al voltaje de ruptura hasta llegar al punto de operación que corresponde al voltaje zener.
 
 

Se puede concluir que el diodo zener es posible operar en tres intervalos

1.- Vd < Vz : Donde la corriente circula desde el cátodo hacia el ánodo.
2.- Vz < Vd < V0: Donde la corriente que circula a través de este elemento es tan pequeña que puede ser despreciada.
3.- Vd > V0: Donde la corriente fluye desde el ánodo hasta el cátodo.

⚡ REGULADOR DE VOLTAJE CON DIODO ZENER

Un circuito muy simple consiste en poner un diodo zener en serie con un resistor. El voltaje de salida del circuito Vsal se mantiene o es regulada por el diodo zener al voltaje zener Vz.
 
 

Nota: Ya que la carga aplicada al regulador de voltaje cambiará con el tiempo y por ende la fuente de voltaje mostrará fluctuaciones se debe tener consideración al efecto sobre el voltaje regulado Vz.

Del circuito se obtiene que la corriente zener esta relacionada con los voltaje del circuito de acuerdo con:

Iz =

(Vent - Vz)

/

R

Debido al cambio del tiempo se considera un delta:

ΔIz =

Vent - ΔVz)

/

R

Es posible definir una resistencia Rz o Rd que corresponde al Vd de un diodo Zener (tomando en consideración que el diodo zener se puede descomponer en una fuente Vz y un resistor Rz). Esto permite expresar el cambio de corriente zener en términos del cambio en el voltaje zener:
ΔIz =

ΔVz

/

Rd

Especificaciones relevantes para el análisis que podemos encontrar en la hoja de datos del fabricante:

Izt : Corriente zener nominal
Rz o Rd: Impedancia dinámica máxima
En un diseño de circuito que contenga un diodo zener es necesario que la corriente zener supere Izt, ya que al no superar entonces estaría operando cerca de la “rodilla”  de la curva característica, donde la regulación es pobre.
Por lo tanto para nuestro regulador de voltaje se puede expresar en términos de fluctuaciones en el voltaje de la fuente Vent que al ser cambios en el tiempo se representa como ΔVent, de esto obtenemos la siguiente ecuación:
ΔVsal = ΔVz =

Rd

/

Rd+R

ΔVent

La ecuación representa un cambio de voltaje, por lo tanto, el circuito actúa como un divisor de voltaje con el diodo zener representado por su resistencia dinámica a la corriente de operación del circuito.


📝 TABLAS DE DIODOS ZENER

En las siguiente tabla se muestra algunos diodos zener con su voltaje de ruptura o voltaje zener Vz
Serie BZX55 de 0.5W
Código Voltaje Zener Código Voltaje Zener
BZX55C2V4 2.4 BZX55C15 15
BZX55C2V7 2.7 BZX55C16 16
BZX55C3V0 3 BZX55C18 18
BZX55C3V3 3.3 BZX55C20 20
BZX55C3V6 3.6 BZX55C22 22
BZX55C3V9 3.9 BZX55C24 24
BZX55C4V3 4.3 BZX55C27 27
BZX55C4V7 4.7 BZX55C30 30
BZX55C5V1 5.1 BZX55C33 33
BZX55C5V6 5.6 BZX55C36 36
BZX55C6V2 6.2 BZX55C39 39
BZX55C6V8 6.8 BZX55C43 43
BZX55C7V5 7.5 BZX55C47 47
BZX55C8V2 8.2 BZX55C51 51
BZX55C9V1 9.1 BZX55C56 56
BZX55C10 10 BZX55C62 62
BZX55C11 11 BZX55C68 68
BZX55C12 12 BZX55C75 75
BZX55C13 13
Serie 1N47 de 1W
Código Voltaje Zener Código Voltaje Zener
1N4728 3.3 1N4746 18
1N4730 3.9 1N4747 20
1N4731 4.3 1N4748 22
1N4733 5.1 1N4749 24
1N4734 5.6 1N4750 27
1N4735 6.2 1N4751 30
1N4736 6.8 1N4752 33
1N4737 7.5 1N4753 36
1N4738 8.2 1N4755 43
1N4739 9.1 1N4756 47
1N4740 10 1N4757 51
1N4741 11 1N4758 56
1N4742 12 1N4760 68
1N4743 13 1N4761 75
1N4744 15 1N4764 100
1N4745 16
Serie BZX85 de 1.3W
Código Voltaje Zener Código Voltaje Zener
BZX85C2V7 2.7 BZX85C18 18
BZX85C3V0 3 BZX85C20 20
BZX85C3V3 3.3 BZX85C22 22
BZX85C3V6 3.6 BZX85C24 24
BZX85C3V9 3.9 BZX85C27 27
BZX85C4V3 4.3 BZX85C30 30
BZX85C4V7 4.7 BZX85C33 33
BZX85C5V1 5.1 BZX85C36 36
BZX85C5V6 5.6 BZX85C39 39
BZX85C6V2 6.2 BZX85C43 43
BZX85C6V8 6.8 BZX85C47 47
BZX85C7V5 7.5 BZX85C51 51
BZX85C8V2 8.2 BZX85C56 56
BZX85C9V1 9.1 BZX85C62 62
BZX85C10 10 BZX85C68 68
BZX85C11 11 BZX85C75 75
BZX85C12 12 BZX85C82 82
BZX85C13 13 BZX85C91 91
BZX85C15 15 BZX85C100 100
BZX85C16 16
 
 





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