El diodo Zener

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Un diodo Zener es un diodo diseñado especialmente para que funcione en la zona de ruptura y son un elemento esencial de un regulador de tensión.

Corriente inversa

Como ya vimos en el post sobre la unión PN, cuando un diodo está polarizado en inversa existe una pequeña corriente de N a P (corriente inversa), debido a que la energía térmica en un semiconductor provoca la aparición de un hueco y un electrón libre, o pares de electrón-hueco. Así pues, el campo eléctrico aplicado tenderá a llevar a los electrones de la zona P hacia la zona N y a los huecos de la zona N hacia la zona P. Esta corriente depende de la temperatura.

corriente inversa

Efecto avalancha

Si la tensión inversa es elevada, los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que si chocasen con otros electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran también, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provocan una corriente, la cual genera una gran cantidad de calor y destruye al diodo.

Efecto Zener

Cuando un diodo está fuertemente dopado, la zona de deplexión se hace muy estrecha y el campo eléctrico de esta zona (tensión dividida por distancia) es muy intenso. En estas condiciones, este campo eléctrico puede empujar a los electrones fuera de sus orbitales de valencia. La creación de electrones libres de esta forma se conoce como efecto Zener.

A diferencia del efecto avalancha, el efecto Zener no depende del efecto de la velocidad para arrancar electrones de valencia, sino que es el propio campo el que es capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente.

Cuando la tensión de ruptura es inferior a 4V, sólo tiene lugar el efecto Zener. Cuando la tensión de ruptura es superior a 6V, sólo ocurre el efecto avalancha. Cuando la tensión de ruptura está entre 4 y 6V, existen ambos efectos.

Grafica corriente-tensión para un diodo Zener

La siguiente figura muestra la gráfica I-V de un diodo Zener.

zener

  • En la zona directa, comienza a conducir aproximadamente a los 0,7 V, igual que un diodo normal de silicio.
  • En la zona de fugas (entre 0 y la zona Zener) circula solamente una pequeña corriente inversa.
  • En un diodo Zener, la ruptura tiene un codo muy pronunciado, seguido de un aumento casi vertical en la corriente. Debemos observar que la tensión es casi constante y aproximadamente igual a Vz en la mayor parte de la zona de ruptura
  • La máxima corriente inversa IZM es el valor máximo mediante el cual el diodo funcionará sin ser destruido.

El símbolo del diodo Zener en un circuito eléctrico es el siguiente:

simbolo zener

El diodo Zener ideal

En un diodo Zener ideal, la zona zener se puede aproximar mediante una recta vertical. En consecuencia, la tensión es constante incluso cuando la corriente cambia. Esto significa que el diodo Zener en la zona de ruptura se comporta como una batería y, por tanto, en un circuito podríamos sustituirlo por una fuente de tensión ideal.

simbolo zener ideal

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