Modelo actual·Uniones semiconductoras

Diodo Zener

Vea cómo un diodo Zener está diseñado para soportar la ruptura inversa a propósito: una vez alcanzado el codo, la tensión apenas cambia aunque la corriente varíe mucho.
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Tensión en bornes0 V
Corriente Zener0 mA
Temperatura de unión25 °C
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Experimento de polarización de la unión

Características I–V del Zener

Examine la curva directa y el codo de regulación inversa por separado.

Punto de trabajo en vivoAplicar energía para generar las curvas.
Característica directaAumento exponencial de corriente en polarización directa
00 µA0,3178,57 mA0,5357,14 mA0,8535,71 mA1714,29 mAAplicar energía para generar las curvas.
Característica inversaFuga por debajo del codo y luego regulación plana en la tensión Zener
-6,6-137,25 mA-5-102,94 mA-3,3-68,63 mA-1,7-34,31 mA00 µAAplicar energía para generar las curvas.

¿Qué es un diodo Zener?

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.

Preguntas frecuentes

¿Cómo regula la tensión un diodo Zener?
Un diodo Zener trabaja en ruptura inversa, donde su tensión se mantiene cerca de la tensión Zener nominal en un amplio rango de corriente. Con una resistencia en serie desde una fuente mayor, la resistencia absorbe el exceso de tensión y el Zener mantiene la salida cerca de Vz; su pequeña resistencia dinámica determina cuánto varía aún la salida con la corriente.
¿Cómo se elige la resistencia en serie de un regulador Zener?
Debe dimensionarse para que llegue corriente suficiente al Zener con la menor tensión de entrada y la mayor corriente de carga: R = (Vin,min − Vz) / (Icarga,max + Iz,min). Después se comprueba el peor caso, la mayor tensión de entrada sin carga, en que el Zener absorbe toda la corriente; su disipación Vz × Iz debe quedar por debajo de la potencia nominal.
¿Cuál es la diferencia entre un diodo Zener y un diodo normal?
Ambos conducen en sentido directo. Un diodo normal está hecho para bloquear la tensión inversa y puede fallar si entra en ruptura, mientras que un Zener está dopado para romper a una tensión baja específica, de unos 2 a 200 V, y trabajar ahí de forma continua. Se usa en inversa como referencia de tensión, regulador o limitador.
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