DIODOS ZENERCarchipulla Garrochamba Edison Adrián

Belizaca Castillo Michael José

Universidad Nacional de LojaLoja - Ecuador

Sonedy-007@hotmail.commichaeljoseb@gmail.com

I INTRODUCCIÓN

El diodo semiconductor de estado sólido se popularizó antes del diodo termoiónico, pero ambos se desarrollaron al mismo tiempo. En 1873 Frederick Guthrie descubrió el principio de operación de los diodos térmicos. Y es a partir de aquí que avanzan los diodos en su área, creándose una amplia variedad entre las cuales se encuentra: Diodo Zener.En el presente informe daremos a conocer los diferentes comportamientos y características que presenta un diodo zener.

II DESARROLLO DE CONTENIDOS

1. Diodos

Componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. La flecha de la representación simbólica muestra la dirección en la que fluye la corriente.

Constan de la unión de dos tipos de material semiconductor, uno tipo N y otro tipo P, separados por una juntura llamada barrera o unión. Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.

2. Diodo Zener

El diodo Zener, que recibe este nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener, es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente.

Recordar que los diodos comunes, como el 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 la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el diodo Zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común. Cuando el diodo Zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante. En el gráfico se ve el símbolo de diodo zener (A - ánodo, K -cátodo) y el sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa. Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento real y se debe 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.

2.1 Características que diferencian a los diversos diodos Zener.

Tres son las características que diferencian a los diversos diodos Zener entre sí:

a. Tensiones de polarización inversa, conocida como tensión zener. Es la tensión que el zener va a mantener constante.

b. Corriente mínima de funcionamiento. Si la corriente a través del zener es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga constante la tensión en sus bornas.

c. Potencia máxima de disipación. Puesto que la tensión es constante, nos indica el máximo valor de la corriente que puede soportar el Zener.

Por tanto el Zener es un diodo que al polarizarlo inversamente mantiene constante la tensión en sus bornas a un valor llamado tensión de Zener, pudiendo variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores comprendidos entre el valor mínimo de funcionamiento y el correspondiente a la potencia de zener máxima que puede disipar. Si superamos el valor de esta corriente el zener se destruye.

2.2 Funcionamiento

El zener como componente.

Como ha quedado expuesto, el diodo zener está ideado para trabajar con polarización inversa, careciendo de interés su funcionamiento en polarización directa, que es igual al de cualquier diodo semiconductor.

La siguiente figura corresponde a su característica tensión-corriente, y en ella nos apoyaremos para estudiar su funcionamiento.

Cuando el zener está polarizado inversamente con pequeños valores de tensión se alcanza la corriente inversa de saturación prácticamente estable y de magnitudes despreciables a efectos prácticos.

Si sigue aumentando la tensión de codo o de giro, donde los aumentos de corriente son considerables frente a los aumentos de tensión (apréciese en torno a esta tensión la curvatura de la gráfica). Sobrepasada esta zona a pequeños incrementos de tensión corresponden aumentos elevados de la corriente Iz.

Alcanzada la circunstancia anterior, nos encontraremos en la región de trabajo efectivo del zener. Debemos hacer ciertas consideraciones en este momento.

1. Se ha de asegurar que en régimen de trabajo, el diodo sea atravesado como mínimo por una corriente inversa Iz expresada por el fabricante para excluir la región de giro del funcionamiento normal.

2. No se debe sobrepasar en ningún caso Iz max para asegurar la supervivencia del componente.

3. Estos dos valores de Iz llevan asociados un par de valores de tensión, Vz ; aproximadamente el valor medio de ellos representa la tensión nominal del zener Vz nom

Se suele expresar en las características un porcentaje de tolerancia sobre la tensión nominal.

4. La potencia disipada en cada momento, Pz vendrá expresada por el producto de los valores instantáneos de Vz e Iz

5. Los valores de Iz min e Iz max con sus valores de Vz asociados representan la región de trabajo

En estos momentos estamos en condiciones de asegurar que en la región de trabajo, el zener es

capaz de mantener en sus extremos una tensión considerablemente estable.

EL ZENER COMO REGULADOR DE

TENSION:

Una de las aplicaciones más usuales de los diodos zener es su utilización como reguladores de tensión. Figura muestra el circuito de un diodo usado como regulador.

Este circuito se diseña de tal forma que el diodo zener opere en la región de ruptura, aproximándose así a una fuente ideal de tensión. El diodo zener está en paralelo con una resistencia de carga RL y se encarga de mantener constante la tensión entre los extremos de la resistencia de carga (Vout=VZ), dentro de unos límites requeridos en el diseño, a pesar de los cambios que se puedan producir en la fuente

de tensión VAA, y en la corriente de carga IL. 2.3 Caracterización del zener

El diodo zener viene caracterizado por:

1. Tensión Zener Vz. 2. Rango de tolerancia de Vz. (Tolerancia:

C: ±5%) 3. Máximacorriente Zener en polarización

inversa Iz. 4. Máxima potencia disipada. 5. Máxima temperatura de operación del

zener.

Diferenciación de un diodo zener.

Los diodos Zener se distinguen de los diodos comunes por su código y tensión de ruptura (tensión de Zener) que encontrarás impresos en ellos. Los códigos para diodos Zener siempre comienzan con BZX o BZY. En lugar de un punto decimal, el voltaje de ruptura se representa con una "V" -una lista de 5V6 indica una tensión de ruptura de 4.7V, por ejemplo. Por otra parte, los diodos Zener se clasifican por su voltaje de ruptura y la potencia máxima. Los valores de potencia comúnmente van desde 500 mW hasta 2W.

2.4 Polarización Directa

Si el terminal positivo de la fuente está conectado al material tipo p y el terminal negativo de la fuente está conectado al material tipo n, diremos que estamos en "Polarización Directa". La conexión en polarización directa tendría esta forma:

En este caso tenemos una corriente que circula con facilidad, debido a que la fuente obliga a que los electrones libres y huecos fluyan hacia la unión. Al moverse los electrones libres hacia la unión, se crean iones positivos en el extremo derecho de la unión que atraerán a los electrones hacia el cristal desde el circuito externo. Así los electrones libres pueden abandonar el terminal negativo de la fuente y fluir hacia el extremo derecho del cristal. El sentido de la corriente lo tomaremos siempre contrario al del electrón.

2.5 Polarización Inversa

Se invierte la polaridad de la fuente de continua, el diodo se polariza en inversa, el terminal negativo de la batería conectado al lado p y el positivo al n, esta conexión se denomina "Polarización Inversa".

El terminal negativo de la batería atrae a los huecos y el terminal positivo atrae a los electrones libres, así los huecos y los electrones libres se alejan de la unión y la z.c.e. se ensancha .A mayor anchura de la z.c.e. mayor diferencia de potencial, la zona de depleción

deja de aumentar cuando su diferencia de potencial es igual a la tensión inversa aplicada (V), entonces los electrones y huecos dejan de alejarse de la unión.

2.6 Fabricantes y tipos

Existen dos tipos principales de diodos Zener. Los tipos ZD europeos y los tipos ZDP son fáciles de identificar. Un ZPD12, por ejemplo, significa que es un diodo Zener con una tensión Zener de 12V. Los tipos 1N americanos no describen la tensión Zener en sus nombres. Un diodo 1N5226, por ejemplo, posee una tensión Zener de 3,3 V (ver Recursos para ver una lista típica de la empresa de los diodos Zener). Los diodos Zener se usan muy comúnmente, y por esto los fabrican muchas compañías diferentes .

CONCLUSIONES.

REFERENCIAS

[1] Donald R. Askeland, Ciencia e ingeniería de los materiales, Ed. Paraninfo Thompson Learning, 2001

[2] William F Smith, Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, 3ª Edición, Ed. Mc Graw Hill.