¿Qué es un diodo zener?
El diodo Zener fue inventado por Clarence Melvein Zener en 1934. Este tipo especial de diodo siempre se utiliza polarizado inversamente y mantiene un voltaje prácticamente constante entre sus terminales.
Recordar que los diodos comunes, como un diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa), conducen siempre en el sentido de la flecha. En este caso, para aprovechar las características del zener, la corriente debe circular en contra de la flecha que representa el diodo.
¿Cómo funciona un diodo zener?
Si el diodo se polariza directamente.
Si el diodo se polariza en sentido directo, la corriente fluye en el sentido de la flecha (de ánodo a cátodo) y se comporta como un diodo común.
Si el diodo se polariza inversamente.
- Si el diodo se polariza en setido inverso, este no conduce mientras el voltaje aplicado al diodo sea menor que el voltaje del mismo (Vz).
- Una vez que este voltaje (Vz) se haya alcanzado, una corriente fluye de cátodo a ánodo (como se muestra en la siguiente imagen) y este voltaje se mantiene practicamente constante entre sus terminales. A este voltaje se le llama Voltaje Zener (Vz) y se puede observar en la imagen de la curva característica V-I, más abajo.
Símbolo del diodo Zener y la dirección de la corriente para que funcione en la zona operativa
En el gráfico anterior se muestra el símbolo de diodo zener (A – ánodo, K – cátodo) y el sentido que debe tener la corriente para que funcione en la zona operativa.
Si se analiza el diodo como un elemento real, no como un elemento ideal, se debe tomar en cuenta que cuando este se polariza en modo inverso, existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.
Curva característica del diodo Zener (curva V-I)
Analizando la curva V-I del diodo se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, el valor de la corriente que pasa por él, aumenta muy poco.
Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante.
Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo, puede variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa y es la característica del diodo que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene prácticamente constante para una gran variación de corriente. Ver el gráfico anterior.
Aplicaciones del diodo Zener
Una de las aplicaciones más usadas de este diodo, es como referencia de voltaje, y como este objetivo se usa en muchos circuitos. Otras aplicaciones son:
Zener como regulador de voltaje
Un regulador de voltaje con diodo zener ideal mantiene un voltaje predeterminado fijo a su salida, sin importar las variaciones de voltaje en la fuente de alimentación y/o las variaciones de corriente en la carga.
Regulador de voltaje con diodo zener
Nota: En las fuentes de voltaje ideales, el voltaje de salida no cambia con la variación de la carga, pero las fuentes no son ideales y lo normal es que el voltaje de salida disminuya conforme la carga va aumentando, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumenta. (ver: resistencia interna de las fuentes de tensión).
Zener como recortadores de picos de voltaje (clipper)
En este caso dos diodos zener se colocan en serie pero conectados por los ánodos. Ver el circuito y las ondas de entrada y salida.
Clipper – Recortador de onda con dos diodos Zener
El circuito recorta la salida del voltaje a un máximo establecido por el voltaje del diodo zener más 0.7 voltios aproximadamente, debido al segundo diodo zeber que está polarizado en directo. (ver la imagen anterior)
Como desplazador de voltaje
Este circuito reduce el voltaje que se pone en su entrada en la cantidad de voltios que tiene el zener. Si el voltaje de entrada es de 15 voltios y el voltaje del Zener es de 6 voltios, el voltaje en la salida es 9 voltios.
Desplazador de voltaje con diodo zener
Si el voltaje de entrada varía, el voltaje de salida varía igualmente.
Buen post.