diodos

INSTITUTO UNIVERSITARIO EXPERIMENTAL
DE TECNOLOGÍA - LA VICTORIA

DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD

FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA

DIODO ZENER Y REGULACIÓN DE VOLTAJE

Elaborado por:
Prof. César A. González G.

La Victoria, Octubre de 2010

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El Diodo Zener
El diodo Zener, que recibe el nombre de su inventor, el Dr. Clarence Melvin
Zener, es un diodo de unión pn se ha construido parafuncionar en
polarización inversa, sobre las zonas de ruptura. Llamados a veces diodos de
avalancha o de ruptura Zener, se emplean esencialmente como reguladores
de tensión, pueden mantener casi constante su voltaje ante grandes
variaciones de la tensión de red, de la carga y/ o de la temperatura.

Características del diodo Zener

Símbolo Circuital

El diodo Zener se utiliza polarizadoinversamente, por lo que la corriente
circula de cátodo a ánodo, en el sentido contrario del diodo normal. Sin
embargo, si un diodo Zener se polariza en sentido directo se comporta como
un diodo rectificador común. A continuación se muestra la apariencia física
de los diodos Zener.

Fundamentos de Electrónica

Prof. César González

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Curva característica del diodo Zener

Se puedeobservar que al inicio de la polarización inversa, la corriente es
muy pequeña. Pero una vez que llega a un determinado voltaje, llamado
voltaje Zener (Vz), la corriente crece rápidamente y el voltaje se mantiene
casi constante. El voltaje Zener depende de la construcción del diodo y es
dado por el fabricante, a través de la hoja de datos.

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Coeficiente de temperatura
La tensión ó voltaje Zener depende del tipo y la cantidad de impurezas que
tenga el semiconductor a temperatura ambiente, pero si la temperatura
varía este valor se puede ver afectado por su coeficiente térmico.
Los diodos Zener que tienen una voltaje Vz < 5V tiene un coeficiente térmico
negativo, porque al aumentar la temperatura disminuye VZ. Pero aquellosdiodos Zener con Vz > 5V, poseen coeficientes térmicos positivos, en estos
casos Vz crece con la temperatura.
La razón de esto es porque para menos de 5V
se da el "Efecto Zener"; pero a partir de 5V se
da el "Efecto Avalancha".
Cuando los diodos Zener poseen coeficientes
térmicos positivos, usualmente se encapsulan en serie con un diodo normal,
para compensar el efecto térmico, tal comomuestra la figura:

En este caso tenemos un diodo normal y un Zener. En este caso además de
compensarse es bastante estable.
Ejemplo de un circuito de polarización Zener:

IS
IL
IZ

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Este circuito es un convertidor lineal DC/DC. Convierte 18VDC a 10VDC. Para
que funcione correctamente el diodo Zener debe quedar polarizado en lazona de ruptura.

Desde el punto de vista de la corriente, debe observarse estos casos:

Por lo tanto para que el diodo Zener esté en ruptura se debe cumplir que:

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¿Qué hace un regulador con diodo Zener?
Un regulador con diodo Zener mantiene un voltaje casi constante a su salida,
sin importar las variaciones de voltaje en lafuente de alimentación o las
variaciones de la corriente en la carga o las variaciones de la temperatura.
Características del regulador de voltaje con diodo Zener
El diodo Zener se usa para regular el voltaje en una fuente DC. Este
semiconductor se fabrica en una amplia variedad de voltajes y potencias. La
tensión Zener va desde menos de 2V hasta más de 100V y la potencia que
pueden disipar vadesde 0.25W hasta 50W o más.
La potencia que disipa un diodo Zener es simplemente la multiplicación del
voltaje Zener Vz para el que fue fabricado por la corriente que circula por él.
Pz = Vz . Iz
Por tanto, la máxima corriente que puede atravesar un diodo Zener es:
Iz = Pz / Vz
Ejemplo: La corriente máxima que un diodo Zener de 10V y 50W, podrá
aguantar será:
Iz = Pz / Vz = 50W/10V = 5A...