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DIODO ZENER

¿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 en la figura.

Rz Vz Id Id Vd +_

¿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.

diodozenerreal diodozenerideal Vz Punto de operación VI

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.

R Iz Vz Vent +_
Vsal = 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 =
(ΔVent - 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

Diodos Zener
Voltaje Zener 0.5W 1.3W 1W 5W
2.4 BZX55C2V4
2.7 BZX55C2V7 BZX85C2V7
3 BZX55C3V0 BZX85C3V0
3.3 BZX55C3V3,
1N746
BZX85C3V3 1N4728 1N5333
3.6 BZX55C3V6,
1N747
BZX85C3V6 1N4729 1N5334
3.9 BZX55C3V9,
1N748
BZX85C3V9 1N4730 1N5335
4.3 BZX55C4V3,
1N749
BZX85C4V3 1N4731 1N5336
4.7 BZX55C4V7,
1N750
BZX85C4V7 1N4732 1N5337
5.1 BZX55C5V1,
1N751
BZX85C5V1 1N4733 1N5338
5.6 BZX55C5V6,
1N752
BZX85C5V6 1N4734 1N5339
6.0 1N5340
6.2 BZX55C6V2,
1N753
BZX85C6V2 1N4735 1N5341
6.8 BZX55C6V8,
1N754
BZX85C6V8 1N4736 1N5342
7.5 BZX55C7V5,
1N755
BZX85C7V5 1N4737 1N5343
8.2 BZX55C8V2,
1N756
BZX85C8V2 1N4738 1N5344
8.7 1N5345
9.1 BZX55C9V1,
1N757
BZX85C9V1 1N4739 1N5346
10 BZX55C10,
1N758
BZX85C10 1N4740 1N5347
11 BZX55C11,
1N962
BZX85C11 1N4741 1N5348
12 BZX55C12,
1N759
BZX85C12 1N4742 1N5349
13 BZX55C13,
1N964
BZX85C13 1N4743 1N5350
14 1N5351
15 BZX55C15,
1N965
BZX85C15 1N4744 1N5352
16 BZX55C16,
1N966
BZX85C16 1N4745 1N5353
17 1N5354
18 BZX55C18,
1N967
BZX85C18 1N4746 1N5355
19 1N5356
20 BZX55C20,
1N968
BZX85C20 1N4747 1N5357
22 BZX55C22,
1N969
BZX85C22 1N4748 1N5358
24 BZX55C24,
1N970
BZX85C24 1N4749 1N5359
25 1N5360
27 BZX55C27,
1N971
BZX85C27 1N4750 1N5361
28 1N5362
30 BZX55C30,
1N972
BZX85C30 1N4751 1N5363
33 BZX55C33,
1N973
BZX85C33 1N4752 1N5364
36 BZX55C36,
1N974
BZX85C36 1N4753 1N5365
39 BZX55C39,
1N975
BZX85C39 1N4754 1N5366
43 BZX55C43,
1N976
BZX85C43 1N4755 1N5367
47 BZX55C47,
1N977
BZX85C47 1N4756 1N5368
51 BZX55C51,
1N978
BZX85C51 1N4757 1N5369
56 BZX55C56,
1N979
BZX85C56 1N4758
62 BZX55C62,
1N980
BZX85C62 1N4759
68 BZX55C68,
1N981
BZX85C68 1N4760
75 BZX55C75,
1N982
BZX85C75 1N4761
82 1N983 BZX85C82 1N4762
91 1N984 BZX85C91 1N4763
100 1N985 BZX85C100 1N4764

Tutoriales sobre diodos



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