Diodos zener

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Diodo Zener

Es un tipo especial de diodo que diferencia del funcionamiento de los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa) el diodo Zener siempre se utiliza en polarización inversa, en donde la corriente desea circular en contra de la flecha que representa el mismo diodo.

Símbolo del diodo zener(A - ánodo  K - cátodo)

En este caso analizaremos el diodo Zener, pero no como un elemento ideal, si no como un elemento real y debemos 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. La principal aplicación que se le da al diodo Zener es la de regulador.

Un regulador con zenerideal mantiene un voltaje fijo predeterminado a su salida, sin importar si varía el voltaje en la fuente de alimentación y sin importar como varíe la carga que se desea alimentar con este regulador.

Para entender cómo funciona un diodo Zener, primero debemos entender las posibles causas o mecanismos por los cuales se produce la. Existen principalmente dos mecanismos:

1.- Mecanismo Zener2.- Mecanismo de Avalancha

El mecanismo Zener se relaciona con el fenómeno de emisión de campo. El fenómeno de emisión de campo es la emisión de electrones desde un cátodo metálico frío cuando se aplica un campo eléctrico extremadamente alto sobre su superficie.

Los electrones del nivel de Fermi escapan del metal por efecto túnel a través de la barrera de potencial superficial que enla superficie metálica existía una diferencia de potencial en ausencia de un campo eléctrico externo, la diferencia de potencial sobre la superficie del metal. Ahora, si se aplica un voltaje externo tal que el metal sea negativo con respecto a un electrodo externo, la diferencia de potencial en la dirección perpendicular a la superficie metálica variará , es decir, . Esto genera un campoeléctrico E constante entre los dos electrodos. A medida que aumentemos la diferencia de potencial externo ,

la pendiente del potencial es cada vez mayor. Llegará un momento en que existirá tan solo una pequeña distancia entre los electrones cercanos al nivel de Fermi del metal y los estados permisibles de la misma energía que están fuera del metal.

De esta forma los electrones libres delmetal pueden formar un túnel a través de la delgada barrera del potencial de la superficie. Este escape de los electrones generará una corriente de emisión de campo entre los dos electrodos. Se requieren campos externos muy altos para producir corrientes de emisión de campo apreciables; con campos bajos, la barrera de potencial es tan ancha que la probabilidad de efecto túnel es despreciable.Recuerden que, cuando vimos el efecto túnel, este dependía del ancho de la barrera de potencial.

Lo que acabamos de ver es la emisión de electrones por efecto túnel debido a la aplicación de campos eléctricos externos. Ahora, en la práctica, en un semiconductor se pueden obtener campos eléctricos internos muy altos.

Si se logra esto, existirán gradientes de potencial importantes dentro delcristal y la energía potencial de un electrón en la base de la banda de conducción será menor en un extremo del cristal que en otro.

El nivel de energía de la banda de valencia y la de conducción separadas por la energía llamada banda prohibida, en caso de que exista una diferencia de potencial interna en el cristal. Si la diferencia de potencial interna se hace lo suficientemente grande, habráun campo eléctrico E grande. La barrera de energía potencial se hace tan angosta que se puede producir la formación de túnel en el interior del cristal. A esto se le llama efecto de emisión de campo interno. El fenómeno es equivalente, para el caso del efecto de emisión de campo debido a un potencial externo.

En cristales uniformes de Si o Ge es importante obtener campos eléctricos lo...
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