Instituto Tecnolgico de Minatitln

INTRODUCCINLos diodos zener, tambin conocidos como diodos reguladores de tensin (Voltaje regulator diodes), son elementos semiconductores de silicio que poseen en sentido directo o de paso una caracterstica de diodo rectificador normal, mientras que en sentido inverso, y para una corriente inversa por encima de un determinado valor, presentan una tensin constante cuyo valor depende de las caractersticas tcnicas de cada diodo en particular.

Este fenmeno de tensin constante en el sentido de bloqueo convierte a los diodoszeneren dispositivos tiles, cuando se quiere tener una tensin relativamente insensible a las variaciones de la tensin de alimentacin o de la corriente de la carga, es decir, como dispositivos reguladores del valor de la tensin. Los diodos de seales pequeas y los rectificadores nunca se operan de manera intencional en la regin de ruptura ya que se pueden daar. Un diodo zenerse comporta muy diferente; es un diodo de silicio que el fabricante ha perfeccionado para operar en la regin de ruptura sin que sufra algn dao. Es decir, mientras los diodosordinarios no pueden operar en esta regin, los diodoszenerson fabricados especialmente para operar en esta regin. El diodo zeneres parte fundamental de los circuitos reguladores de voltaje, circuitos que mantienen la carga casi constante a pesar de los cambios en los voltajes de lnea y las cargas.El fenmeno de ruptura, es decir, el paso de bloqueo a conduccin en sentido inverso al sobre pasar un determinado valor de tensin, recibi en un principio el nombre de efecto Zener, por que se pens que debido al mecanismo descrito por Zener en su teora sobre los fenmenos de ruptura en dielctricos. Hoy en da se cree, sin embargo, que esta ruptura se debe a los efectos de campo, cuando se produce para tensiones inferiores a 5 V, y se atribuye a un efecto de avalancha cuando tiene lugar a tensiones por encima de los 7 V. Entre los 5 y 7 V laruptura es producida por una combinacin de ambos efectos. As pues, para bajas tensiones es vlida la teora la ruptura de Zener y para altas tensiones se acepta la teora de avalancha propuesta por Mc Kay y Mc Affee.Sin embargo, y por los motivos apuntados, todos los diodos Zener se llaman as en honor a este fsico, el valor de tensin bajo el cual se produce la ruptura se le conoce tambin con el nombre de tensin Zener.

Efecto Zener y efecto avalancha

El fenmeno de ruptura de un diodo Zener puede ser debido al efecto Zener o al efecto de avalancha, segn la tensin inversa aplicada. A continuacin se exponen en pocas lneas la diferencia entre estos dos efectos.Al aplicar una tensin inversa pequea a un diodo, circula una corriente cuyo valor es igual al de la corriente de prdidas superficiales, ms la normal de saturacin, estando formada esta ltima por huecos y electrones generados trmicamente.Si se aumenta la tensin inversa, al principio no aumenta nmero de portadores y, por lo tanto, no aumenta la corriente. Sin embargo, cuando se alcanza un cierto valor de tensin inversa se produce una ruptura espontnea de los enlaces covalentes de los tomos prximos a la unin PN. La ruptura de dichos enlaces genera electrn-hueco y se produce as un notable aumento de la corriente. Esta accin es el efecto Zener propiamente dicho.La tensin a la cual se produce el efecto Zener depende del grado de dopado del silicio y puede ser muy elevada, aunque a menudo se obtiene un aumento de la corriente inversa, debido a un efecto de avalancha, y por debajo del nivel de la tensin inversa que corresponde al efecto Zener citado.Al aumentar la tensin inversa aumenta la velocidad de los portadores. Esta velocidad puede ser suficiente para provocar la ionizacin, si los tomos chocan las molculas del semiconductor con suficiente energa. Los portadores de carga resultantes de la ionizacin por colisin toman parte en nuevas colisiones y producen a su vez nuevos portadores.El rpido aumento del nmero de portadores y, por consiguiente, de la corriente, es lo que constituye el denominado efecto avalancha. Sin embargo, sea cual sea el mecanismo que produzca la ruptura (Zener o avalancha), la tensin de ruptura de un diodo Zener se produce a un nivel bien definido y estable, prcticamente constante.Procurando no sobrepasar la temperatura de unin mxima admisible por el diodo, la ruptura es reversible y no destructiva, es decir, el diodo regresa a su estado de bloqueo al descender la tensin inversa por debajo del valor de la tensin de ruptura. Esto diferencia a estos diodos de los rectificadores, en los cuales si se alcanza la tensin de Zener el diodo resulta destruido.

Tensin de referencia

El voltaje entre el ctodo y el nodo del diodo despus de la ruptura se denominatensin de referencia.Su valor no pude ser mayor que el de la tensin de ruptura, siendo casi constante. La tensin de referencia es, para cada tipo de diodo, una tensin de valor prcticamente constante y con ciertas tolerancias lgicas de fabricacin.

Corriente de funcionamiento de un diodo ZenerLa corriente de funcionamiento de un diodo Zener ha de estar comprendida entre el 20% de la corriente de Zener mxima y la corriente del codo de la caracterstica inversa; es decir, que para que un diodo Zener trabaje cerca del codo de la curva caracterstica inversa, es necesario que la tensin de ruptura posea un valor superior a los 7 V, ya que los diodos con esta tensin de ruptura poseen una caracterstica de ruptura mucho ms pronunciada que la de los diodos con tensin Zener ms baja.

RuidoCuando en un diodozenerexisten uniones imperfectas o cargas espaciales, se producen variaciones bruscas de tensin de referencia que dan origen a ruidos.ste ruido generalmente muy bajo, nunca superior a los 10mV, por lo que apenas influye sobre la tensin en bornes del diodo.

Eleccin del diodo zenerAl igual que aburre con la mayor parte de componentes electrnicos, los diodoszenerse fabrican normalizados, es decir, con unos valores de tensin zenery potencia de disipacin determinados.El objeto fundamental del diodozenerconsiste en proporcionar un voltaje razonablemente regulado que para su operacin, otro equipo lo requiera, el voltaje podra variar como consecuencia de dos factores: primero, un voltaje variable de la fuente; segundo, una corriente variable en la carga.

La siguiente prctica nos ayudar a ver como funciona el diodo zener en un circuito regulador en relacin con el voltaje de entrada y la corriente que atraviesa la resistencia de carga.

PRCTICA N 2: REGULADOR ZENER

Objetivos: Que el alumno estudie las propiedades y comportamientos del diodo Zener.Que el alumno implemente un circuito regulador de tensin con diodo Zener para evaluar su estado de regulacin de tensin zener ante las variaciones de la tensin de entrada al circuito y variaciones de la corriente demandada por la resistencia de carga.

Material: Diodo zener Resistencias (100 ) 1 fuente de voltaje 3 multmetros digitales 1 protoboard Caimanes

TENSIN DE CONDUCCIN ZENER1.- Implemente el circuito de la figura 1 sin conectar RL. Utilice Rs= 100 DZ=1N4735A (VZ=6.2, PDZ