Diodo zener
En esta guía comprenderás qué es y para qué sirve un diodo zener, así también algunos conceptos simples e importantes que te serán útiles en el mundo de la electrónica.
¿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.
¿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:
- Vd < Vz : Donde la corriente circula desde el cátodo hacia el ánodo.
- Vz < Vd < V0: Donde la corriente que circula a través de este elemento es tan pequeña que puede ser despreciada.
- 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:
Debido al cambio del tiempo se considera un delta:
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:
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:
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.
Tabla 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 | |