Diodo Zener

¿Qué es un diodo zener?

El diodo Zener es un tipo especial de diodo, que siempre su utiliza polarizado inversamente. 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 zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo común y conduce.

– Si el diodo zener se polarizada inversamente, este no conduce mientras el voltaje aplicado sea menor  al voltaje del zener. Una vez que este voltaje se haya alcanzado, una corriente fluye de cátodo a ánodo (como se muestra en la imagen y se mantiene entre sus terminales un voltaje de zener. (ver Vz en la curva V-I característica)

Símbolo del diodo Zener. Dirección de la corriente para su normal funcionamiento

Símbolo del diodo Zener y la dirección de la corriente para que funcione en la zona operativa

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.

Si se analiza el diodo como un elemento real,  no como un elemento ideal y se debe tomar en cuenta que cuando este se polariza en modo inverso si 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, la corriente que pasa por el aumenta muy poco.

Curva característica del diodo zener

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 zener 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.

Diodo Zener

Aplicaciones del diodo Zener

Una de las aplicaciones más usadas del diodo Zener es como referencia de voltaje, y como este objetivo se usa en muchos circuitos. Otras aplicaciones son:

– 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

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 aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumenta. (ver: resistencia interna de las fuentes de tensión).

– Como recortadores de picos de voltaje (clipper)

En este caso dos diodos zener se colocan contrapuestos conectados por los ánodos.  Ver el circuito y las ondas de entrada y salida.

Clipper - Recortador de onda con Zener

Clipper – Recortador de onda con dos diodos Zener

El circuito recortará la salida a un voltaje máximo establecido por el voltaje del diodo zener más 0.7 voltios aproximadamente debido al diodo polarizado en directo.

– 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

Desplazador de voltaje con diodo zener

Si el voltaje de entrada varía, el  voltaje de salida varia igualmente.

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