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Diodo Zener

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diodos

Text of Diodo Zener

  • Diodo Zener

    Dra. Elsa Chavira Martnez

    Profesora Investigadora

    BUAP-FCC

    [email protected]

  • ndice

    O El diodo Zener

    O Aplicaciones del diodo Zener

    O El diodo varactor

    O Diodos pticos

    O Otros tipos de diodos

    O Solucin de fallas

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  • Competencias

    Describir las caractersticas de un diodo zener

    y analizar su operacin

    Explicar cmo puede utilizarse un zener en aplicaciones de limitacin, regulacin y

    referencia de voltaje

    Describir las caractersticas de capacitancia variable de un diodo varactor y

    analizar su operacin en un circuito tpico

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  • Competencias

    Analizar la operacin y caractersticas de los LED y Fotodiodos

    Analizar las caractersticas bsicas de diodos reguladores de corriente, tnel, de

    recuperacin abrupta, pin, Schottky y lser

    Solucionar fallas de reguladores de diodo zener

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  • Objetivos generales

    Una aplicacin importante de los diodos zener es

    regular voltaje para producir voltajes de referencia

    estables para usarlos en fuentes de alimentacin,

    voltmetros y otros instrumentos.

    El diodo zener mantiene un voltaje de cd casi

    constante en condiciones de operacin

    apropiadas.

    Se discutirn las condiciones y las limitaciones

    para el uso apropiado del diodo zener y los

    factores que afectan su desempeo.

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  • Objetivos Especficos Identificar un diodo zener por su smbolo Discutir las situaciones de avalancha y de ruptura

    zener

    Analizar la curva de caracterstica V-I de un diodo zener

    Discutir los circuitos equivalentes del zener Definir coeficiente de temperatura y aplicarlo al

    anlisis de un diodo zener

    Discutir la disipacin de potencia en un diodo zener y aplicar la reduccin nominal de sta

    Interpretar la hoja de datos de un diodo zener

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  • Smbolo del diodo Zener

    Un diodo zener es un dispositivo de silicio con unin pn diseado para operar en la regin de ruptura en inversa.

    El voltaje de ruptura de un diodo zener se ajusta controlando cuidadosamente el nivel de dopado durante su fabricacin.

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  • Recuerde, que cuando analizamos

    la curva caracterstica del diodo en

    la seccin anterior, y que cuando

    un diodo alcanza la ruptura en

    inversa, su voltaje permanece casi

    constante aun cuando la corriente

    cambie drsticamente: sta es la

    clave para la operacin de un

    diodo zener.

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  • Esta caracterstica de voltaje-corriente se muestra de

    nuevo en la figura 3-2; la regin normal de operacin de

    diodo zener se muestra como un rea sombreada.

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  • Ruptura zener

    Los diodos zener se disean para operar en

    condicin de ruptura en inversa; en un diodo

    tal, los dos tipos de ruptura en inversa son la

    de avalancha y zener.

    El efecto de avalancha, que se describi

    anteriormente, ocurre tanto en diodos

    rectificadores como en los zener a un voltaje

    inverso suficientemente alto.

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  • La ruptura zener ocurre en un diodo zener a

    voltajes en inversa bajos.

    Un diodo zener se dopa en exceso para

    reducir el voltaje de ruptura; esto crea una

    regin de empobrecimiento muy estrecha.

    En consecuencia, existe un intenso campo

    elctrico adentro de la regin de

    empobrecimiento.

    Cerca del voltaje de ruptura zener (), el campo es suficientemente intenso para jalar

    electrones de sus bandas de valencia y crear

    corriente.

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  • Los diodos zener con voltajes de ruptura de

    menos 5 V operan predominantemente en

    ruptura zener.

    Aquellos con voltajes de ms de 5 V operan

    predominantemente en ruptura de avalancha.

    Ambos tipos, sin embargo, se conocen como

    diodos zener.

    Los diodos zener estn comercialmente

    disponibles con voltajes de ruptura de menos

    de 1 V hasta ms de 250 V, con tolerancias

    especificadas de 1 a 20 por ciento.

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  • Caractersticas de ruptura La figura 3-3 muestra la parte de operacin en

    inversa de la curva caracterstica de diodo

    zener.

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  • Caractersticas de ruptura Observe que conforme se incrementa el voltaje en

    inversa (VR), la corriente en inversa (IR) permanece

    extremadamente pequea hasta la inflexin de la

    curva.

    La corriente en inversa tambin se llama corriente

    zener, .

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  • Caractersticas de ruptura La corriente en inversa tambin se llama corriente zener,

    . En este punto, se inicia el efecto de ruptura: la resistencia zener interna, tambin llamada impedancia

    zener (), comienza a reducirse a medida que la corriente se incrementa rpidamente.

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  • Caractersticas de ruptura Desde la parte inferior de la inflexin, el voltaje de ruptura

    zener () permanece esencialmente constante aunque se incrementa un poco a medida que se incrementa la

    corriente zener, .

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  • Regulacin zener

    La caracterstica clave del diodo zener es su capacidad de mantener el voltaje en inversa esencialmente constante a travs de sus terminales.

    Un diodo zener que opera en condicin de ruptura acta como regulador de voltaje porque mantiene un voltaje casi constante a travs de sus terminales durante un intervalo especificado de valores de corriente en inversa.

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  • Se debe mantener un valor mnimo de corriente en inversa, para mantener el diodo en condicin de ruptura para regulacin de voltaje.

    En la curva de la figura 3-3 se ve que cuando la corriente en inversa se reduce por debajo de la inflexin de la curva, el voltaje se reduce drsticamente y se pierde la regulacin.

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  • Adems, existe una

    corriente mxima, , por encima de la cual el

    diodo puede daarse por

    la excesiva disipacin de

    potencia.

    Por lo tanto,

    bsicamente, el diodo

    zener mantiene un

    voltaje casi constante a

    travs de sus terminales,

    con valores de corriente

    en inversa que van

    desde hasta .

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  • Normalmente se

    especifica un voltaje

    nominal del zener,

    , en una hoja de datos a un valor de

    corriente en inversa

    llamada corriente de

    prueba zener.

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  • Circuito equivalente ideal de un zener

    La figura 3-4 muestra el modelo ideal (primera

    aproximacin) de un diodo zener en ruptura

    inversa y su curva caracterstica ideal.

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  • Experimenta una cada de voltaje igual al voltaje

    nominal del zener.

    Esta cada de voltaje a travs del diodo zener producida

    por la ruptura en inversa est representada por un

    smbolo de un voltaje de cd aun cuando el diodo zener

    no produce voltaje.

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    Circuito equivalente prctico de un zener

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    Circuito equivalente prctico de un zener

    La figura 3-5 (a) representa el modelo prctico (segunda

    aproximacin) de un diodo zener, donde la impedancia

    zener (resistencia) est incluida.

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    Circuito equivalente prctico de un zener

    Como la curva de voltaje real no es idealmente vertical, un

    cambio en la corriente del zener () produce un pequeo cambio del voltaje zener () como la figura 3-5 (b) lo ilustra.

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    Circuito equivalente prctico de un zener Segn la ley de Ohm, la relacin de a es la impedancia, tal como la siguiente ecuacin lo expresa:

    =

  • Normalmente, se especifica en la corriente de prueba zener.

    En la mayora de los casos puede suponerse

    que es una constante pequea dentro del intervalo completo de valores de corriente zener

    y es puramente resistiva.

    Es mejor no operar un diodo zener cerca de la

    inflexin de la curva porque la impedancia

    cambia dramticamente en dicha rea.

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  • Para la mayora de los anlisis de circuitos y

    tareas de solucin de fallas, el modelo ideal

    dar muy buenos resultados y es mucho ms

    fcil de utilizar que modelos ms complicados.

    Cuando un diodo zener opera normalmente,

    estar en ruptura inversa y se deber observar

    el voltaje de ruptura nominal a travs de l.

    La mayora de los esquemas indicarn en el

    dibujo cual debe ser este voltaje.

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  • Coeficiente de temperatura El coeficiente de temperatura especifica el

    cambio en porcentaje del voltaje del zener por

    cada cambio de un grado Celsius de la

    temperatura.

    Por ejemplo, un diodo zener de 12 V con

    coeficiente de temperatura positivo de

    0.01%/C experimenta un incremento de 1.2

    mV en cuando la temperatura de la unin aumenta un grado Celsius.

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  • Coeficiente de temperatura La frmula para calcular el cambio en el voltaje del zener para un cambio de temperatura de la unin dado, con un coeficiente de temperatura dado, es:

    donde es el voltaje nominal del zener a la temperatura de referencia de 25C, TC es el coeficiente de temperatura y T es el cambio de temperatura con respecto a la temperatura de referencia.

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  • Un TC positivo significa que el voltaje del zener

    se incrementa con un aumento de la

    temperatura o decrece con una reduccin de

    la temperatura.

    Un TC negativo significa que el voltaje del

    zener decrece con un incremento de la

    temperatura o se incrementa con una

    reduccin de la temperatura.

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  • En algunos casos, el coeficiente de

    temperatura se expresa en mV/C en lugar

    %/C.

    En estos casos, VZ se calcula como

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  • Repaso

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  • Repaso

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  • Referencias bibliogrficas

    1. http://www.pearsoneducacion.net/floyd

    2. Malvino, Albert P., Principios de

    3. Electrnica, 7 McGraw-Hill, 2007.

    4. Sedra y Smith, Circutos Microelectrnicos, 5 ed. McGraw-Hill, 2006.

    5. Rashid, Muhammad H., Electrnica de Potencia: Circuitos, Dispositivos y aplicaciones, 3 ed. Prentice Hall , 2004.

    6. Schilling Belove, Circuitos Electrnicos Discretos e Integrados, McGraw-Hil, 1993.

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