DIODO ZENER

Los diodos rectificadores y los diodos para pequeña

señal nunca se emplean intencionadamente en la zona de

ruptura, ya que esto podría dañarlos. Un diodo zener es

diferente; se trata de un diodo de silicio que se ha diseñado

para que funcione en la zona de ruptura.

Recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin

Zener.

Llamado a veces diodo de avalancha, el diodo zener

es la parte esencial de los reguladores de tensión; estos son

circuitos que mantienen la tensión casi constante, con

independencia de que se presenten grandes variaciones de la

tensión de red y de la resistencia de carga.

Diodo Zener

A

K

Zona de trabajo

diodo Zener

ID

VD

Símbolo

esquemático

Diodo de ruptura trabaja en polarización inversa en la zona

denominada región de ruptura

Aplicación típica: regulador de tensión

Característica corriente-tensión

Características

En polarización directa se comporta como un diodo común.

A partir de la ruptura la corriente aumenta manteniendo la tensión

aproximadamente constante en el valor VBR = Vz.

Se utiliza como regulador de tensión. La tensión es relativamente

insensible a las variaciones de la alimentación o de la corriente de carga.

El valor Vz es particular de cada diodo.

Cuando el diodo esta polarizado inversamente, una pequeña

corriente circula por él, llamada corriente de saturación Is, esta

corriente permanece relativamente constante mientras aumentamos

la tensión inversa hasta que el valor de ésta alcanza Vz, llamada

tensión Zener (que no es la tensión de ruptura zener), para la cual el

diodo entra en la región de colapso. La corriente empieza a

incrementarse rápidamente por el efecto avalancha.

Circuito equivalente ideal de un zener

MODELO PRACTICO o 2°

APROXIMACIÓN

Modelo circuital equivalente lineal del diodo Zener

Vz = Vzo + rz Iz

A K

A K + -

V Rb

K

A rz

Vz Vzo

VAK V

Vz < VAK < V

Característica corriente-tensión real en la zona de ruptura

ID

VD 0 IR

Vzk

Izk

IzT

Iz

Vzo

Vz

Pendiente 1/rz

IzM

IR: corriente inversa

para VR < Vz

Vz: tensión Zener

Izmínima = Izk corriente de rodilla (pto.inflexión)

Izmáxima = IzM, (Pzmáx/Vz)

Para Izk Iz IzM, la tensión se considera constante en Vz

IzT (corriente de prueba) (Pzmáx/4)

rZ: resistencia incremental o dinámica

rZ = Vz/ Iz

EJEMPLO

Encapsulados

Hoja de datos: Interpretación

Encapsulado

Régimen

térmico

Potencia máxima

Tensión Zener Impedancia Zener Corriente

inversa

Coeficiente

temperatura

Corriente

máxima

Potencia máxima de disipación.

Puesto que la tensión es

constante en la zona de

trabajo, la máxima potencia se

refiere al máximo valor de la

corriente que puede soportar

el Zener.

Diodo Zener como regulador de tensión

Dz RL Vo

Rs

+

- VCC

Circuito básico (diodo ideal)

ID

VD

Izmáx = Pzmáx/Vz

Izmín = 0

Vz

En región de ruptura: Vo = Vz sobre la carga RL.

Para analizar el circuito se debe:

1- Determinar si el diodo se encuentra en la región de ruptura

2- Reemplazar al diodo por su circuito eléctrico equivalente

3- Resolver el circuito resultante

Ver ejemplos

Diodo Zener como regulador de tensión

Dz RL Vo

Rs

+

- VCC

Ver ejemplos

Se pueden presentar varios casos:

Caso 1: Vcc fijo, RL variable, Zener ideal (Izmín =0)

Caso 2: Vcc variable, RL fijo, Zener ideal (Izmín =0)

Caso 3: Vcc variable, RL variable, Izmín 0

Caso 4: Vcc variable, RL variable, Izmín 0, rz 0

1- Determinar zona de funcionamiento

Si V Vz el diodo estará polarizado en la región de ruptura

L

Ls

CCR

R R

V Vo

Si V < Vz el diodo estará

polarizado en inversa.

Dz RL Vo

Rs

+

- VCC V -

Se reemplaza por el circuito eléctrico equivalente y se resuelve.

RL Vo

Rs

+

- VCC

Is

- +

- Vz -

Iz IL zo V V

s

zCCLzs

R

V- V I I I

Se elimina el diodo y se calcula la tensión a circuito abierto.

Se comportará como un interruptor abierto.

Ejemplo: Calcular VL, Iz y Pz para RL= 1.2 k y RL = 3 k

Dz RL VL

Rs = 1 k

+

- VCC

16 V

Vz = 10 V

Pz = 30 mW

RL= 1.2 k

V

V8.73 k 1.2 k 1.2 k 1

V16R

R R

V V L

Ls

CC

V8.73 VL

El Zener no está en su región de trabajo y se comporta como circuito

abierto.

ID

VD

Izmáx = 30 mW/10V

Izmín = 0

Vz = 10 V

V = 8.73 V

V0 Iz

V0 Pz

RL = 3 k

Dz RL VL

Rs = 1 k

+

-

VCC

16 V V

V10 V12 k 3 k 3 k 1

V16R

R R

V V L

Ls

CC

V10 Vz VL

El Zener está en su

región de trabajo.

ID

VD

Izmáx = 30 mA

Izmín = 0

Vz = 10 V

V = 12 V

mA 2.67 I - Is I Lz

mW 26.7 Iz Vz Pz

RL VL

Rs

+

- VCC

Is

- +

- Vz -

Iz IL mA 3.33

k 3

V10

RV I

LLL

mA 6 k 1

V10- V16

R V- V I

szccs

Ejercicios