DIODO ZENER

Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas 2013

DIODO ZENER

El diodo Zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente. En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el diodo Zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común.

Cuando el diodo Zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante.

En el gráfico se ve el símbolo de diodo Zener (A - ánodo, K - cátodo) y el sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento real y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.

Curva característica del diodo Zener

Analizando la curva del diodo Zener se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco.

Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de Zener (V Z), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante.

Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo Zener, puede variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa.

Esta es la característica del diodo Zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene prácticamente constante para una gran variación de corriente.

La corriente de prueba I ZT es la corriente definida para 14 del nivel de potencia y ZZT de

inflexión ocurre en la corriente del punto de inflexión I ZK. Se proporciona además la corriente de saturación inversa para un nivel potencial particular, e I ZM es la corriente máxima para la unidad de 20%. El coeficiente de temperatura refleja el cambio porcentual de V Z con respecto a la temperatura, y se define por la ecuación

Elias Gutiérrez Mendoza Página 1


Donde ∆V Z es el cambio en el potencial Zener, resultado de la variación de temperatura. Obsérvese en la figura 1.56ª que el coeficiente de temperatura puede ser positivo, negativo e incluso cero para los distintos niveles Zener. Un valor positivo indica un incremento en V Z como resultado de un incremento de temperatura, mientras que un valor negativo indica un decremento en el valor cuando la temperatura se incrementa. Los niveles de 24V, 6.8V y 3.6V se refieren a tres diodos Zener que cuentan con estos valores nominales dentro de una misma familia de Zener. La curva para el Zener 10V naturalmente se encontraran entre las curvas de los dispositivos de 6.8V y de 24V.



DIODO TÚNEL

En el diagrama se ve el símbolo del diodo Túnel.

El diodo Túnel se comporta de una manera muy interesante conforme se le va aumentando una tensión aplicada en sentido directo.

- Cuando se aplica una pequeña tensión, el diodo túnel empieza a conducir (la corriente empieza a fluir).- Si se sigue aumentando esta tensión la corriente aumentará hasta llegar un punto después del cual la corriente disminuye.- La corriente continuará disminuyendo hasta llegar al punto mínimo de un "valle" y…- Después volverá a incrementarse. En esta ocasión la corriente continuará aumentando conforme aumenta la tensión.

Este comportamiento de la corriente en función de la tensión en el diodo túnel se puede ver en el siguiente gráfico.

- Vp: Tensión pico- Vv: Tensión de valle- Ip: Corriente pico- Iv: Corriente de valle

La región en el gráfico en que la corriente disminuye cuando la tensión aumenta (entre Vp y Vv) se llama zona de resistencia negativa

El diodo túnel se llama también diodo Esaki en honor a su inventor japonés Leo Esaki

Los diodos túnel tienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e Iv muy rápidamente, cambiando de estado de conducción al de no conducción incluso más rápido que los diodos Schottky.

Desgraciadamente, este tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando están polarizados en inversa.

Así estos diodos sólo encuentran aplicaciones reducidas como en circuitos osciladores de alta frecuencia.



DIODO VARICAP

Ver el símbolo del diodo varactor o varicap en el gráfico de la derecha

Todos los diodos cuando están polarizados en sentido opuesto tienen una capacitancia que aparece entre sus terminales.

Los diodos varactores o varicap han sido diseñados de manera que su funcionamiento sea similar al de un capacitor y tengan una característica capacitancia-tensión dentro de límites razonables.

En el gráfico inferior se muestran las similitudes entre un diodo y un capacitor.

Debido a la recombinación de los portadores en el diodo, una zona de agotamiento se forma en la juntura.

Esta zona de agotamiento actúa como un dieléctrico (aislante), ya que no hay ninguna carga y flujo de corriente.

Las áreas exteriores a la zona de agotamiento si tienen portadores de carga (área semiconductor). Se puede visualizar sin dificultad la formación de un capacitor en el diodo (dos materiales semiconductores deparados por un aislante).

La amplitud de la zona de agotamiento se puede ampliar incrementando la tensión inversa aplicada al diodo con una fuente externa. Esto causa que se aumente la separación (aislante) y separa más las áreas semiconductoras. Este último disminuye la capacitancia.

Entonces la capacitancia es función de la tensión aplicada al diodo.

- Si la tensión aplicada al diodo aumenta la capacitancia disminuye- Si la tensión disminuye la capacitancia aumenta



DIODO DE POTENCIA

Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos, aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones: son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre ánodo y cátodo.

Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas.

VRRM: tensión inversa máxima VD: tensión de codo.

CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS.



Parámetros en bloqueo.

Tensión inversa de pico de trabajo (VRWM): es la que puede ser soportada por el dispositivo de forma continuada, sin peligro de entrar en ruptura por avalancha. Tensión inversa de pico repetitivo (VRRM): es la que puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma continuada. Tensión inversa de pico no repetitiva (VRSM): es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms cada 10 minutos o más. Tensión de ruptura (VBR): si se alcanza, aunque sea una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o degradar las características del mismo. Tensión inversa continúa (VR): es la tensión continua que soporta el diodo en estado de bloqueo.

Parámetro en conducción

Intensidad media nominal (IF(AV)): es el valor medio de la máxima intensidad de impulsos senosiodales de 180º que el diodo puede soportar. Intensidad de pico repetitivo (IFRM): es aquella que puede ser soportada cada 20 ms, con una duración de pico a 1 ms, a una determinada temperatura de la cápsula (normalmente 25º). Intensidad directa de pico no repetitiva (IFSM): es el máximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10 minutos, con una duración de 10 ms. Intensidad directa (IF): es la corriente que circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conducción.

Modelos estáticos de diodo

Los distintos modelos del diodo en su región directa (modelos estáticos) se representan en la figura superior. Estos modelos facilitan los cálculos a realizar, para lo cual debemos escoger el modelo adecuado según el nivel de precisión que necesitemos. Estos modelos se suelen emplear para cálculos a mano, reservando modelos más complejos



para programas de simulación como PSPICE. Dichos modelos suelen ser proporcionados por el fabricante, e incluso pueden venir ya en las librerías del programa.

CARACTERISTICAS DINAMICAS.

El paso del estado de conducción al de bloqueo en el diodo no se efectúa instantáneamente. Si un diodo se encuentra conduciendo una intensidad IF, la zona central de la unión P-N está saturada de portadores mayoritarios con tanta mayor densidad de éstos cuanto mayor sea IF. Si mediante la aplicación de una tensión inversa forzamos la anulación de la corriente con cierta velocidad di/dt, resultará que después del paso por cero de la corriente existe cierta cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten que el diodo conduzca en sentido contrario durante un instante. La tensión inversa entre ánodo y cátodo no se establece hasta después del tiempo ta llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y aparece en la unión la zona de carga espacial. La intensidad todavía tarda un tiempo tb (llamado tiempo de caída) en pasar de un valor de pico negativo (IRRM) a un valor despreciable mientras van desapareciedo el exceso de portadores.

ta (tiempo de almacenamiento): es el tiempo que transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico negativo.

tb (tiempo de caída): es el tiempo transcurrido desde el pico negativo de intensidad hasta que ésta se anula, y es debido a la descarga de la capacidad de la unión polarizada en inverso. En la práctica se suele medir desde el valor de pico negativo de la intensidad hasta el 10 % de éste.

trr (tiempo de recuperación inversa): es la suma de ta y tb.



Qrr: se define como la carga eléctrica desplazada, y representa el área negativa de la característica de recuperación inversa del diodo.

di/dt: es el pico negativo de la intensidad. Irr: es el pico negativo de la intensidad.

La relación entre tb/ta es conocida como factor de suavizado "SF". Si observamos la gráfica podemos considerar Qrr por el área de un triángulo:

Tiempo de recuperación directo.

tfr (tiempo de recuperación directo): es el tiempo que transcurre entre el instante en que la tensión ánodo-cátodo se hace positiva y el instante en que dicha tensión se estabiliza en el valor VF.

Este tiempo es bastante menor que el de recuperación inversa y no suele producir pérdidas de potencia apreciables.

DISIPACION DE POTENCIA.

Potencia máxima disipable (Pmax).

Este tiempo es bastante menor que el de recuperación inversa y no suele producir pérdidas de potencia apreciables.



Potencia media disipada (PAV).

Es la disipación de potencia resultante cuando el dispositivo se encuentra en estado de conducción, si se desprecia la potencia disipada debida a la corriente de fugas. Se define la potencia media (PAV) que puede disipar el dispositivo, como:

Potencia inversa de pico repetitiva (PRRM:

Es la máxima potencia que puede disipar el dispositivo en estado de bloqueo.

Potencia inversa de pico no repetitiva (PRSM)

Similar a la anterior, pero dada para un pulso único.

DIODO RECTIFICADOR

Un diodo rectificador es uno de los dispositivos de la familia de los diodos más sencillos. El nombre diodo rectificador” procede de su aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna.

Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente eléctrica.

Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido.

Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia máxima en que realizan correctamente su función, la corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa máximas que soportarán.

Una de las aplicaciones clásicas de los diodos rectificadores, es en las fuentes de alimentación; aquí, convierten una señal de corriente alterna en otra de corriente directa.




Documents

DIODO ZENER