Diodo Zener Unidad 2

GOBIERNO DE MENDOZA - DIRECCION DE EDUCACION SUPERIORINSTITUTO DE EDUCACION SUPERIOR 9-012

SAN RAFAEL EN INFORMÁTICACarrera: Tecnicatura Superior en Telecomunicaciones

Asignatura: ELECTRONICA Docente: Prof. Ing. Alfredo G. Rivamar

DIODOS ZENER

UNIDAD Nº 2

Temas:

Descripción básica.

Funcionamiento como componente.

1. Descripción básica

Es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el efecto Zener, de allí su nombre.

Recordemos que en un diodo común polarizado inversamente, al aumentar la tensión aplicada, la corriente inversa de saturación permanece prácticamente constante. Si se aumenta esta tensión lo suficiente, se llega a la tensión de ruptura, la intensidad de la corriente inversa de saturación crece considerablemente.

Este fenómeno es producido de de dos maneras, de acuerdo al valor de la tensión de ruptura:

a) Si la tensión de ruptura es inferior a 4 V, sólo tiene lugar el efecto zener.

b) Si la tensión de ruptura es superior a 6 V, sólo ocurre el efecto avalancha.

c) Si la tensión de ruptura está entre 4 V y 6 V, existen ambos efectos.

Efecto de avalancha:

El origen de este aumento de la corriente inversa es ocasionado porque los portadores minoritarios alcanzan niveles de energía cinética como para alcanzar velocidades suficientemente altas para “desprender” otros electrones de valencia. Es un fenómeno geométrico.

Efecto Zener:

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Es diferente. Estamos en presencia de un diodo fuertemente dopado por lo que la zona de deplexión es muy estrecha. En estas condiciones, si se aplican campos eléctricos muy intensos, se empujan a los electrones fuera de sus orbitas de valencia.

Como el efecto Zener fue descubierto antes que el efecto de avalancha, todos los diodos usados en la zona de ruptura se conocen como diodos Zener.

Respecto de la relación tensión de ruptura - temperatura, para diodos Zener el coeficiente de temperatura es negativo, es decir que al aumentar la temperatura disminuye la tensión de ruptura.

Para diodos Zener con tensiones mayores a 6 V (efecto de avalancha) el coeficiente de temperatura es positivo, esto implica que al aumentar la temperatura aumenta la tensión de ruptura.

Para diodos que funcionan entre 4 V y 6 V, el coeficiente pasa de negativo a positivo. Esto implica que se puede hallar un punto de funcionamiento para el diodo Zener en el cual el coeficiente de temperatura sea cero. Este dato es importante en algunas aplicaciones en que se requiere una tensión zener constante en un intervalo grande de temperaturas.

En cualquier caso, debe quedar suficientemente claro que, en polarización inversa y alcanzada esta zona, a pequeños aumentos de tensión corresponden grandes aumentos de corriente.

El diodo Zener es capaz de trabajar en esa región cuando las condiciones de polarización lo establezcan y, una vez desaparecidas éstas, recupera sus propiedades como diodo normal, no llegando por este fenómeno a su destrucción salvo que se supere la corriente máxima de Zener Izmax indicada por el fabricante.

Estructuralmente, el diodo Zener se diferencia de un diodo normal porque la geometría de construcción es diferente, principalmente por la delgadez de la zona de unión entre las zonas P y N, así como por la densidad de dopado de los cristales básicos.

2. Funcionamiento como componente

A-Parámetros principales de un diodo Zener:

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Tensión nominal de Zener (Vz): tensión de polarización inversa en torno de la cuál su funcionamiento es efectivo.

Corriente de mantenimiento (Izmin): mínima corriente inversa que ha de atravesar el diodo para asegurar su correcto funcionamiento.

Máxima corriente inversa (Izmax): máxima corriente inversa que puede atravesarlo sin que se destruya.

Potencia de disipación nominal (Pz): potencia que no debe superarse, por la destrucción del dispositivo.

B-Curva característica de un diodo Zener:

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1-Cuando el diodo Zener está polarizado inversamente, con pequeños valores de tensión se alcanza la corriente inversa de saturación, prácticamente estable y de magnitudes despreciables desde el punto de vista práctico.

2-Al aumentar la tensión de polarización inversa, se alcanza un valor denominado “Tensión de codo (VR)” donde los aumentos de corriente son considerables frente a los aumentos de tensión inversa. Sobrepasada esta zona, a pequeños incrementos de tensión inversa le corresponden aumentos elevados de la corriente Iz: “Región de trabajo efectiva del Zener”.

3-Algunas consideraciones para el trabajo en esta zona:

Debemos asegurar que el diodo Zener sea atravesado como mínimo por una corriente de valor Izmin, expresado por el fabricante.

No se debe sobrepasar en ningún caso la Izmax, para asegurar la supervivencia del componente.

Estos dos valores de Iz llevan asociados dos valores de Vz: Vzmin y Vzmax. Aproximadamente el valor medio de ellas es el valor Vznom. Esta característica suele expresarse como un % de tolerancia sobre la tensión nominal.

La potencia disipada en cada momento Pz, es el producto de los valores instantáneos de Vz e Iz.

Los valores de Izmin e Izmax con sus valores Vz asociados representan la región de trabajo. En esta, el diodo Zener es capaz de mantener en sus extremos una tensión considerablemente constante, característica ampliamente utilizada en reguladores de tensión (tema de otra unidad).

C-Características eléctricas (a 25 ºC de temperatura ambiente) para el diodo Zener 1N961 (500 mW y 20%):

Vz = 10 V (que puede variar entre 8 V y 12 V, es decir: +- 20%)

Corriente inversa máxima (IR) = 10 microA

Máxima corriente inversa (Izmax) = 32 mA

Coeficiente de temperatura típico (%/ºC) = + 0,072 (refleja el cambio % de Vz frente a variaciones de la temperatura).

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