En la electrónica es fundamental conocer que hay dos tipos de materiales. Los conductores y los aislantes de la corriente eléctrica. Sin embargo hay otra categoría, que son los semiconductores, donde está el diodo. En este artículo podrás obtener toda la información, sobre qué es un diodo zener, cuál es su función, características y los tipos de diodos zener.
¿Qué es un Diodo Zener?
El diodo zener, prácticamente es un diodo con la función de unión, pero que está diseñado especialmente para trabajar en la zona de quiebre de la tensión, cuando se hace una polarización inversa.
Es decir, radica en ser un semiconductor, construido para encauzar la corriente, en la dirección contraria, al momento de alcanzar un determinado voltaje programado. El cual se conoce como tensión zener.
Al lograrse la fusión especial del semiconductor, el voltaje presente en sus conectores, no sufre ninguna modificación. A pesar, de que el voltaje de suministro se incremente.
Este componente electrónico, tiene muy bien establecido su potencial eléctrico, en la que modifica el sentido de la conducción eléctrica. No obstante y a pesar de que se continúe aumentando la tensión en el circuito, la tensión zener (Vz) se mantiene constante.
¿Qué es la zona de ruptura?
La área de rompimiento, es el efecto que se genera cuando el dispositivo electrónico, consigue la tensión zener y éste pierde la capacidad de transportar la corriente. En consecuencia, se transforma, adoptando otra tensión o voltaje.
Llegado el momento en que deba ser una vez que es modificada su polaridad, el diodo zener, adopta una postura, similar a la de diodos de otras categorías.
Curva característica que describe un diodo zener
De acuerdo a lo que se observa en la siguiente lámina tenemos:
- El diodo zener, estando en polarización directa, tiene un comportamiento similar, al de un diodo normal de silicio.
- Una vez que se alcanzan los 0.7 Volts, el dispositivo empieza a permitir el tránsito de la corriente.
- El zener, estando en polarización inversa, se comporta de tal forma, que permite el paso de corriente inversa, pero a pequeña escala. Luego, se observa una curva de casi 90 grados, muy cercano a llegar al voltaje de tensión zener (Vz).
- El área o zona de ruptura o zona zener, comienza inmediatamente después, de que se alcanza el voltaje de ruptura o tensión zener (Vz).
- El diodo se activa con característica de regulador de voltaje, cuando se ubica en el área o zona operativa. Debido a que el voltaje permanece constante, aun con grandes variaciones de corriente.
- El efecto avalancha, se produce, estando en la zona de ruptura y se debe a que la corriente se incrementa exponencialmente.
- Es la corriente máxima o corriente máxima de zener (IZM), la que ubica en un valor máximo, al diodo sin que este sea destruido o deje de estar operativo.
Utilidad del componente electrónico
Estos semiconductores, están diseñados para conservar el voltaje de manera constante, en sus terminales. Por lo que, es necesario que sea polarizado inversamente, a través de un voltaje que esté por encima de su ruptura.
Estos diodos, son empleados como reguladores de tensión o voltaje, en determinadas tensiones y resistencias de carga. Con este componente electrónico, se puede lograr que a un componente similar, siempre le sea suministrada la misma tensión, de forma precisa y constante.
Otra de sus aplicaciones, es en donde actúan como un elemento de seguridad, en un circuito, para que éste, jamás sobrepase una determinada tensión, a la carga del circuito. Es por ello, que se utilizan, en la fabricación, de aparatos reguladores de voltaje o imitadores de voltaje.
Características
Cómo todos los materiales y dispositivos empleados en el diseños de circuitos electrónicos, el zener también tiene sus atributos propios que le permiten responder de acuerdo, a las fuerzas a las que se ve expuesto. Seguidamente mencionamos algunas de sus características.
- Si se le administra una tensión eléctrica, de carga positiva al ánodo y se estimula el cátodo con una carga negativa, o lo que es igual, a una polarización directa, el diodo asume una postura de rectificador básico.
- Si se le aplica una tensión eléctrica positiva en el cátodo a negativa en el ánodo. Es decir, se genera una modificación inversa de las cargas y el componente zener, preserva su tensión constante. Cómo resultado, actúa como un rectificador, tratando de mantener estable la tensión
- Si se varía la tensión zener (Vz), a valores superiores a la tensión de ruptura, entonces, Vz, permanecerá constante.
- La disipación de potencia es una de las limitaciones más marcadas, de este componente de electrónica básica.
Funcionamiento del Diodo Zener
Por naturaleza, los diodos funcionan como una especie de interruptores electrónicos, cuando se encuentran en presencia de una corriente continua o están en directa.
Estando, en esta condición se rompe esa barrera que existe, en la zona en la cual se da la unión, de los materiales p y n, posibilitando que la corriente fluya.
Una vez que el diodo, es polarizado en inversa y se alcanzan los niveles óptimos de dopado, se transforma en zener.
Cuando se encuentra bajo estas condiciones, el diodo trabaja en una zona que se denomina “región zener”. En donde la corriente de saturación del componente electrónico, en realidad es igual a la corriente de saturación en inversa.
Pero hay que tener especial cuidado, en no tratar de someter por mucho tiempo a estas condiciones. Exponerlo a prolongados periodos, en la región de ruptura, puede provocar la avalancha del diodo.
Es recomendable, que antes de utilizar un componente, consultes la ficha de datos o DATASHEET, para verificar los parámetros del componente, de esa manera podrás obtener con exactitud, la curva ideal del componente que se utilizará.
En el contexto antes descrito, el dispositivo electrónico trabaja como un controlador de voltaje. En consecuencia, en cada uno de sus terminales, se observa un diferencial de potencial, que es prácticamente continuo, en la medida que permanezca en la región zener, y a una temperatura constante.
Tipos de Zener
Para llegar a la región zener, se puede hacer a través, de la variación en el nivel de dopado en los materiales. De producirse un aumento, en el dopado que cause un incremento del nivel de impurezas, entonces, ocurre una reducción en el potencial zener.
Jugando con estos valores de dopado en los materiales, se tiene acceso a diferentes tipos de diodos zener con potenciales que varían, entre los 1.8 volts a 200 volts.
El zener está diseñado, para soportar grandes potencias, que van desde un cuarto (1/4) de watts, hasta unos cincuenta (50) watts aproximadamente. De acuerdo a las óptimas condiciones y capacidades, que brinda el Silicio, expuesto a la corriente y temperatura, la gran mayoría de estos componentes, están elaborados de este semiconductor.
Aplicaciones
Estos dispositivos electrónicos, son empleados frecuentemente para tres aplicaciones, en la construcción de circuitos electrónicos. A saber:
Regulación de Voltaje
En la regulación de voltaje, es donde frecuentemente se utilizan estos componentes electrónicos, dada su gran capacidad de poder conservar, los valores del voltaje estables, sin que las variaciones en el flujo eléctrico, los afecte.
Cómo saben, la función más común de todo dispositivo que regula el voltaje, es la de equilibrar un voltaje de salida, adecuado a la carga que se encuentra conectada.
Considerando, realizar un reacomodo, como consecuencia de las alteraciones que se produzcan en la energía, demandada por la carga. Si estás buscando información en este blog, también te puede interesar, conocer sobre el Divisor de Corriente.
Reductor de onda
El diodo zener, también se emplea en la construcción de circuitos electrónicos. Donde se requiera la presencia de un elemento reductor o rectificador. Si se diseña una placa de circuito electrónico, que requiere contar con un componente, que trabaje en la transformación de la señal u onda de la corriente alterna, entonces se utiliza el zener.
Los reductores de onda, generalmente son aplicados en los circuitos electrónicos, para prevenir que la señal que se genera a la salida del mismo, exceda el valor del voltaje, que se ha establecido, sin que ello signifique una modificación, en la señal de entrada o en su defecto, en la forma de su onda.
Su utilidad más frecuente, la podemos observar en la fabricación de los transmisores de radio en Frecuencia Modulada (FM) y en los equipos de transmisión para la televisión analógica, ya que pueden suprimir las interferencias y reducir los vértices de ruido.
Transformador de nivel
El transformador de nivel, es una variante en el empleo del diodo zener. Cuando se encuentra presente en un circuito, actuando como transformador de nivel, cumple la función de cambiar la señal del voltaje, por otro. En consecuencia, el voltaje resultante, se mantiene estable en la zona de ruptura.
Polarización del diodo Zener
La polarización de este componente electrónico puede hacerse de tres distintas maneras. Entre ellas tenemos: libre de polarización, polarización directa y la polarización inversa. A continuación te mencionamos cada una de ellas.
Libre de polarización
Estando en estas condiciones, el diodo no tiene ningún estimulo externo. En consecuencia, la tensión o el voltaje de polarización, será igual a cero, lo que origina que se produzca una corriente directa e inversa, con resultado igual a cero.
Cómo no recibe ningún estímulo, los electrones y los huecos en el área de la unión, se fusionan de tal forma, que inducen una ausencia de electrones libres, cercanos a esta área.
Polarización en directa
Cuando el diodo se encuentra en estas condiciones, el área de empobrecimiento, es decir, la zona de unión de los materiales p y n, disminuye drásticamente.
En consecuencia, puede darse el caso, de que los electrones del diodo, circulen con total libertad, cuando se someten a una corriente directa. Teniendo un comportamiento idéntico a cualquier diodo normal, variando solamente, su actuación de acuerdo a los materiales y niveles de impurezas.
En este tipo de polarización, la temperatura juega un rol preponderante, debido a que, al incrementarse la temperatura, propicia la tensión requerida, en la que el diodo es capaz de disminuir o aumentar su encendido.
Polarización en inversa
Al aplicar una tensión positiva al material tipo n y negativa al material tipo p, sus iones de carga positiva, se incrementan en la zona de empobrecimiento. En este sentido, los átomos que han perdido parte de su carga de electrones. Es decir, tiene carga negativa, también aumentan en dicha área, de acuerdo al poder de la atracción de la tensión, que es aplicada en ambos extremos.
Cómo los diodos zener, se encuentran confortables en ambientes, donde se ven sometidos a cambios de polaridad, se corre el riesgo de excederse del área zener, ocasionando una fase de avalancha, y en consecuencia, el diodo se destruye.
Diodo zener ¿Cómo puedo probarlo?
Corroborar que el semiconductor que vas a utilizar para construir tu circuito electrónico, este en optimas condiciones, es primordial. A continuación encontrarás, la forma sencilla de comprobarlo.
Para llevar a cabo esta operación, debes tener una herramienta que se llama multímetro, que es un aparato que te indica el estado del componente.
- En primer lugar, pon la perilla del selector del multímetro, en la opción para medir la resistencia (ohmios/ohms).
- Conecta el cable, rojo del aparato, en el extremo positivo del diodo. Puedes ubicarlo fácilmente, ya que es la parte, en la que no se observa la franja.
- Ahora coloca la pinza del cable negro, en extremo negativo del dispositivo. Se identifica por tener una franja de color.
Al realizar estas conexiones, logras que el multímetro haga circular una corriente continua, a través del dispositivo electrónico. Se dan dos supuestos en las lecturas:
- Si el valor que indica el aparato, es baja, quiere decir que, funciona perfectamente y la corriente pasa de manera correcta.
- De indicar una lectura alta, entonces puedes inferir que el circuito del diodo está abierto, y por tanto está dañado.
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