Diodo Zener

Características, Funcionamiento y Ejemplos

Repaso: Transistores

» El transistor es un dispositivo semiconductor de tres compuestos ya sea de dos capas de material tipo n y una de tipo p o dos capas de material tipo p y una de tipo n. El primero se denomina transistor npn, en tanto que el último recibe el nombre de transistor pnp, para así poder polarizarse. Los transistores sirven como amplificadores.

» El transistor tiene tres terminales que son, base, emisor, colector. Donde B es el factor de amplificación (que por lo regular se encuentra en la base y el emisor). El análisis o diseño de un amplificador de transistor requiere del conocimiento de la respuesta del sistema, tanto de CD como de CA.

» El término polarización que se utiliza se refiere a la aplicación de voltajes de CD para establecer un nivel fijo de corriente y voltaje. Para amplificadores de transistor, el voltaje y la corriente de CD resultantes establecen un punto de operación sobre las características, el cual define la región que se empleará para la amplificación de la señal aplicada.

Diodo Zener

» El diodo Zener es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas o en zona inversa, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes, con diferencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.

» Cuando se alcanza la denominada tensión Zener en polarización inversa, el diodo recorta la onda de tensión, de este modo mantiene la tensión constante entre sus terminales dentro de ciertos márgenes. Si la corriente es muy pequeña la tensión empezará a disminuir, pero si es excesiva puede destruir el diodo.

» Esta propiedad hace que el diodo Zener sea utilizado como regulador de tensión en las fuentes de alimentación.

» Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes.

Diodo Zener

Pequeño diodo Zener

Tipo Semiconductor

Símbolo electrónico

Configuración Ánodo y Cátodo (se polariza inversamente,

con respecto al diodo convencional)

» Si a un diodo Zener se le aplica una corriente eléctrica de Ánodo al Cátodo toma las características de un diodo rectificador básico.

» Pero si se le suministra una corriente inversa, el diodo solo dejara pasar un voltaje constante.

» En conclusión: el diodo Zener debe ser polarizado al revés para que adopte su característica de regulador de tensión. y su símbolo es como un diodo normal pero tiene 2 terminales a los lados. Este diodo no se comporta como un diodo convencional en condiciones de alta corriente, porque cuando recibe demasiada corriente este no se quema sino que se apaga

Como usar un diodo Zener

» Un diodo zener es usado sobre una polarización inversa, como limitador de voltaje o regulador básico.

» Supóngase que tenemos una fuente de voltaje de 12v y queremos limitar el voltaje de salida para 7.5v.

» Si seleccionamos un diodo zener 1N4737 7.5v de acuerdo con su hoja de referencia podemos ver que:

lzt = 34mA que es la corriente mínima necesaria para llegar a Vz, y Izm = 121 mA es la corriente máxima admisible.

Entonces un buen punto para empezar es lz = 80 mA cerca de la media. Complementemos la información con el siguiente circuito.

» RL es una resistencia que limita la corriente, necesaria para no aplicar directamente los 12v al diodo zener.

» Antes de nada, si no existe voltaje conectado a la salida, la diferencia de potencial es la siguiente:

» Necesitamos 80mA, usando la ley de Ohm, calculamos el valor de la resistencia.

» ¿Pero que pasa si se conecta la salida, tomando una corriente de por ejemplo, 20mA? . Del problema anterior tenemos que:

» La tensión en la entrada se mantiene en 12v, y la tensión zener es siempre alrededor de 7.5v, entonces la corriente en la resistencia es la misma que antes. Sólo que ahora esta corriente total se distribuye, a la salida le corresponden 20 mA y 60 mA permanecen en el diodo Zener. Esto es válido, siempre que la corriente Iz no este debajo Izt = 34mA, manteniendo el diodo zener cerca de vz = 7.5Volt. Eso es decir que la corriente máxima disponible para la carga es:

Ejemplos

Diodo Zener

Ejercicio 1En este ejercicio se utiliza un diodo Zener una resistencia y una resistencia variable. Determine el rango de los valores de RL que mantienen un voltaje VRL=10v y la potencia máxima nominal del diodo.

Fórmulas: VL=VZ=(RL*VI)/RL+R VR=VI-VZ RLmin=RVZ/VI-VZ IR=VR/R Imax=VZ/RLmin IZ=IR-IL.

RLmin=(10)(1k)/50v-10=250 ohms

ILmin=IRs-IZmax=VRs/Rs- IZmax ILmin=(50v)-(10v)/1k - 32mA= 0.008A RLmax (10v)/(0.008)= 1250 ohms Pmax nom =VZmax=(10)(32mA)=320Mv

Ejercicio 2

Determine el rango de valores de Vi que polarizan al Zener en inversa. Vz=20v Izmax=60 mA VI=((1200+220)/1200)(20) = 23.66v IRmax= Izmax+IL=60mA+1.666E-2mA=76.66mA

donde : V=IR VImax=IRSmax=RS+Vz =76mA(220hom)+ 20V=36.72v. I=20v/1.2K=1.666E-2

Uso en la vida Diaria

Funcionamiento

» Cuando el voltaje excede cierto límite establecido que el aparato eléctrico puede soportar, el estabilizador trabaja para evitar que se dañe el mismo.

» Un protector de picos consta de los siguientes componentes: Un fusible o un protector termomagnético que desconecta el circuito cuando

se está sobrepasando el límite de corriente, o en caso de un cortocircuito. Un transformador. Resistencia variable. Diodo Zener también conocido como diodo de supresión de voltaje.

Necesidad de Regulación

» La tensión que llega a las tomas de corriente de los hogares, no es adecuada, en general, para alimentar los aparatos electrónicos, ya que es una tensión cuyo valor y sentido de circulación cambia periódicamente. La mayoría de los circuitos electrónicos necesitan una tensión de menor amplitud y valor continuo en el tiempo.

» Lo primero que se hace es reducir esta tensión con un transformador, después se rectifica para que circule en un solo sentido, y luego se añade un filtro que absorberá las variaciones de tensión; todos estos bloques componen la fuente de alimentación regulada básica.

» Para circuitos más sensibles o para dar una alimentación de mayor calidad, se hace necesaria la inserción en la fuente de alimentación del bloque regulador de tensión, el cual va a proporcionar una tensión constante, además de disminuir el pequeño rizado que queda en la tensión tras pasar por el filtro.

Bibliográfia

» Electronic Circuits Design For Beginners - Chapter 7˃ Learn electronics as a hobby, for industrial and home automation˃ Max Iskram

» Wikipedia.org˃ http://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3n˃ http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_Zener

» Electrónica teoría de circuitos. ˃ Robert Boylestad y Louis Nashelsky. ˃ Editorial: Prentice Hall.

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