Diodo Zener: ¿qué es y para qué sirve?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2024-01-02 13:53

Un diodo zener es un diodo semiconductor con propiedades únicas. Si un semiconductor ordinario es un aislante cuando se vuelve a encender, realiza esta función hasta un cierto aumento en el voltaje aplicado, después de lo cual se produce una ruptura reversible similar a una avalancha. Con un aumento adicional en la corriente inversa que fluye a través del diodo zener, el voltaje continúa siendo constante debido a una disminución proporcional de la resistencia. De esta manera, es posible lograr el modo de estabilización.

En el estado cerrado, una pequeña corriente de fuga pasa primero a través del diodo zener. El elemento se comporta como una resistencia, cuyo valor de resistencia es grande. Durante la ruptura, la resistencia del diodo zener se vuelve despreciable. Si continuamos aumentando el voltaje en la entrada, el elemento comienza a calentarse y cuando la corriente supera el valor permitido, un irreversibleruptura térmica. Si no se le plantea el asunto, cuando el voltaje cambia de cero al límite superior del área de trabajo, se conservan las propiedades del diodo zener.

Cuando un diodo zener se enciende directamente, las características son las mismas que las de un diodo. Cuando el positivo está conectado a la región p y el negativo está conectado a la región n, la resistencia de transición es pequeña y la corriente fluye libremente a través de ella. Aumenta a medida que aumenta el voltaje de entrada.

Un diodo zener es un diodo especial conectado principalmente en la dirección opuesta. El elemento está primero en el estado cerrado. En caso de avería eléctrica, el voltaje del diodo zener lo mantiene constante en un amplio rango de corriente.

Se aplica un signo negativo al ánodo y un signo positivo al cátodo. Más allá de la estabilización (debajo del punto 2), se produce un sobrecalentamiento y aumenta la probabilidad de falla del elemento.

Características

Los parámetros de Zener son los siguientes:

• U_st - tensión de estabilización con corriente nominal I_st;
• I_{st min - corriente mínima de arranque de avería eléctrica;}
• I_{st max - corriente máxima permitida;}
• TKN - coeficiente de temperatura.

A diferencia de un diodo convencional, un diodo zener es un dispositivo semiconductor en el que las regiones de ruptura eléctrica y térmica están bastante separadas en la característica de corriente-voltaje.

Asociado con la corriente máxima permitida hay un parámetro que a menudo se especifica entablas - disipación de potencia:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

La dependencia de la temperatura del diodo zener puede ser positiva o negativa. Al conectar elementos en serie con coeficientes de diferentes signos, se crean diodos zener de precisión que no dependen de calefacción o refrigeración.

Esquemas de inclusión

Circuito típico de un estabilizador simple, consta de una resistencia de balasto R_{b y un diodo zener que desvía la carga.}

En algunos casos, hay una violación de la estabilización.

1. Sumisión al estabilizador de una gran tensión de la fuente de alimentación en presencia de un condensador de filtrado en la salida. Los picos de corriente al cargarlo pueden provocar la falla del diodo zener o la destrucción de la resistencia R_b.
2. Cierre de carga. Cuando se aplica el voltaje máximo a la entrada, la corriente del diodo zener puede exceder la permitida, lo que provocará su calentamiento y destrucción. Aquí es importante observar el área segura del pasaporte de trabajo.
3. La resistencia R_{b se selecciona pequeña para que, con el voltaje de suministro mínimo posible y la corriente máxima permitida en la carga, el diodo zener esté en la zona de regulación de trabajo.}

Se utilizan fusibles o circuitos de protección de tiristores para proteger el estabilizador.

La resistencia R_{b se calcula mediante la fórmula:}

R_b=(U_pit - U_nom)(Ist _{+ I}n_).

ActualEl diodo zener I_st se selecciona entre los valores máximo y mínimo permitidos, dependiendo del voltaje de entrada U_pit y la corriente de carga I _n.

Selección Zener

Los elementos tienen una gran dispersión en el voltaje de estabilización. Para obtener el valor exacto de U_{n, se seleccionan diodos zener del mismo lote. Hay tipos con una gama más estrecha de parámetros. Con alta disipación de potencia, los elementos se instalan sobre radiadores.}

Para calcular los parámetros del diodo zener se requieren datos iniciales, por ejemplo, estos:

• U_{pit=12-15 V - voltaje de entrada;}
• U_{st=9 V - tensión estabilizada;}
• R_{n=50-100 mA - carga.}

Los parámetros son típicos para dispositivos con bajo consumo de energía.

Para un voltaje de entrada mínimo de 12 V, la corriente en la carga se selecciona al máximo: 100 mA. De acuerdo con la ley de Ohm, puede encontrar la carga total del circuito:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 ohmios.}

En el diodo zener, la caída de tensión es de 9 V. Para una corriente de 0,1 A, la carga equivalente será:

R_{eq=9 V / 0,1 A=90 ohmios.}

Ahora puede determinar la resistencia del balasto:

R_{b=120 ohmios - 90 ohmios=30 ohmios.}

Se selecciona de la fila estándar, donde el valor es el mismo que el calculado.

La corriente máxima que pasa por el diodo zener se determina teniendo en cuenta la desconexión de la carga para que no falle si se desolda algún cable. La caída de tensión en la resistencia será:

U_{R=15 - 9=6 B.}

Luego se determina la corriente a través de la resistencia:

I_{R=6/30=0, 2 A.}

Dado que el diodo zener está conectado en serie con él, I_c=I_{R=0,2 A.}

La disipación de potencia será P=0,2∙9=1,8 W.

Según los parámetros obtenidos, se selecciona un diodo Zener D815V adecuado.

Diodo zener simétrico

El tiristor de diodo simétrico es un dispositivo de conmutación que conduce corriente alterna. Una característica de su trabajo es una caída de voltaje de hasta varios voltios cuando se enciende en el rango de 30-50 V. Puede ser reemplazado por dos diodos zener convencionales contraconectados. Los dispositivos se utilizan como elementos de conmutación.

Análogo de un diodo zener

Cuando no es posible encontrar un elemento adecuado, utilizan un análogo de un diodo zener en los transistores. Su ventaja es la posibilidad de regulación de voltaje. Para ello se pueden utilizar amplificadores de CC de varias etapas.

En la entrada se instala un divisor de tensión con una resistencia de corte R1. Si el voltaje de entrada aumenta, sobre la base del transistor VT1 también aumenta. Al mismo tiempo, aumenta la corriente a través del transistor VT2, lo que compensa el aumento de voltaje, manteniéndolo así estable en la salida.

Marcado de diodos zener

Se producen diodos zener de vidrio y diodos zener en estuches de plástico. En el primer caso, se les aplican 2 números, entre los cuales se encuentra la letra V. La inscripción 9V1 significa queU_{st=9, 1 V.}

En la caja de plástico, las inscripciones se descifran mediante una hoja de datos, donde también puede encontrar otros parámetros.

El anillo oscuro de la caja indica el cátodo al que está conectado el positivo.

Conclusión

Un diodo zener es un diodo con propiedades especiales. La ventaja de los diodos zener es un alto nivel de estabilización de voltaje con una amplia gama de cambios de corriente de funcionamiento, así como esquemas de conexión simples. Para estabilizar un voltaje pequeño, los dispositivos se encienden hacia adelante y comienzan a funcionar como diodos comunes.