Una unión diseñada para romperse con seguridad
Un diodo normal se destruye si la tensión inversa lo lleva a la ruptura; un diodo Zener es una unión de silicio diseñada para hacer exactamente eso, una y otra vez, sin dañarse. El dopaje intenso en ambos lados de la unión mantiene la región de agotamiento delgada, de modo que una tensión inversa moderada ya produce un campo interno intenso. Por debajo de unos 5 V el mecanismo dominante es el efecto túnel cuántico — el verdadero efecto Zener — mientras que por encima de unos 6 V es la multiplicación por avalancha; los dispositivos intermedios combinan ambos. El datasheet no los distingue, porque el comportamiento externo es el mismo.
El codo y la región de regulación
Por debajo de la tensión Zener nominal solo circula una pequeña corriente de fuga inversa. Cuando la corriente alcanza la corriente de codo, la curva se dobla bruscamente y el dispositivo entra en regulación: nuevos aumentos de corriente elevan la tensión en bornes solo una pequeña cantidad, fijada por la resistencia dinámica, típicamente de unos pocos ohmios a unas pocas decenas. Esa planitud es precisamente el objetivo: a lo largo de una gran variación de corriente, la tensión en el diodo apenas se mueve, por lo que puede mantener una referencia o un riel de alimentación estable aunque la corriente cambie.
Cómo leer el datasheet
Los fabricantes especifican la tensión Zener a una corriente de prueba indicada, junto con la resistencia dinámica medida en ese mismo punto, la corriente de codo por debajo de la cual la regulación no está garantizada, y la disipación de potencia máxima que soporta el encapsulado antes de que la unión se sobrecaliente. Como la disipación es tensión por corriente, un dispositivo con mayor tensión Zener debe funcionar con menor corriente para respetar el mismo límite de potencia. La temperatura también desplaza ligeramente la tensión — negativa por debajo de unos 5 V, positiva por encima — algo relevante en referencias de precisión.
Dónde se utiliza
Alimentado a través de una resistencia en serie desde una tensión más alta, un diodo Zener forma el regulador de tensión más simple: la resistencia fija la corriente y el diodo fija la salida cerca de su tensión nominal, con independencia de variaciones moderadas de alimentación o carga. El mismo comportamiento de fijación protege entradas sensibles frente a sobretensiones, define una referencia estable para comparadores y convertidores analógico-digitales, y aparece dentro de reguladores lineales y conmutados más elaborados como la referencia interna alrededor de la cual se construye el resto del circuito.