Abr 302017

 
Símbolos diodo Zener

Símbolos diodo Zener

El diodo Zener también llamado diodo de ruptura o avalancha, es un diodo que se polariza inversamente, pero que está especialmente diseñados para tener un bajo voltaje de ruptura  que se aprovecha para obtener una tensión constante de referencia. El diodo Zener es el más simple de los reguladores de voltaje siendo el componente principal de otros reguladores mas complejos.

Aquí se puede consultar los de uso mas generalizado, tabla de valores normalizados para diodos Zener.

El punto en el que un diodo Zener se rompe o conduce se denomina voltaje Zener y lo nombraremos en las gráficas con las iniciales Vz.

Cuando se polariza directamente, se comporta como un diodo de señal normal que pasa la corriente nominal, pero tan pronto como una tensión inversa aplicada a través del diodo zener excede la tensión nominal del dispositivo, se alcanza la tensión de ruptura del diodo, llamada también de avalancha que hace que una corriente comience a fluir a través del diodo para limitar este aumento de voltaje.

 

Gráfica funcionamiento diodo Zener

Gráfica funcionamiento diodo Zener

 

 

Diodo Zener encapsulado en cristal

Zener encapsulado en cristal

Si por ejemplo, tenemos un Zener de 5,1V y le aplicamos tensión en sus bornes poco a poco cuando estemos cerca de 5,1V el diodo empezara a conducir para que la tensión no suba mas.

La corriente que fluye ahora a través del diodo zener veremos que aumenta drásticamente hasta el valor máximo que puede soportar (que normalmente en los circuitos está limitado por una resistencia en serie) y una vez alcanzada esta corriente de saturación inversa permanece constante en una amplia gama de voltajes aplicados. El voltaje en el que la tensión a través del diodo zener se estabiliza se denomina “voltaje zener”, este voltaje puede oscilar según el modelo entre 2,7V y hasta 200V y podemos encontrar potencias de hasta 50W para aplicaciones muy especificas.

Cálculo de implementación del diodo Zener

Explicación diodo Zener

Explicación diodo Zener

Nomenclatura símbolos circuito:

  • RS  = Resistencia serie o de drenaje.
  • VA  = Fuente de tensión no regulada.
  • VS  = Caida de tensión en Rs
  • VZ  = Tensión en Zener.
  • VL  = Tensión en carga.
  • IS   = Intensidad que circula por la resistencia serie.
  • IL   = Intensidad que circula por la resistencia de carga.
  • IZ   = Intensidad que circula por el diodo Zener.
Ejercicio

Tenemos una carga de 10 Ohmios que tenemos que alimentarla a una tensión de 12V a partir de una tensión de entrada de 15V calcular la resistencia de drenaje y las potencias si utilizamos un Zener de 12V .

Si miramos la tabla anterior de Zeners normalizados y escogemos por ejemplo, uno de 12V a continuación podemos obtener la intensidad máxima que soportara.

...Recordando la Ley de Ohm

P = V x I

I = P / V

Si escogiéramos de forma rápida un diodo de 12V y 1W para ver que intensidad circula por él nos daría:

Izmáx = PZ / VZ = 1 / 12 = 0,083 A.

Mas adelante veremos si necesitamos uno de mas potencia.

Ahora sabiendo este dato ya sabemos que si no queremos destruir el diodo no sobrepasaremos esta intensidad, para hacer esto utilizaremos una resistencia  Rs en serie que suele llamarse de drenaje, esta  sera la encargada de limitar la corriente que va a circular por el diodo.

Asumimos que para calcular la resistencia de drenaje escogemos una corriente de zener del 10% de la corriente máxima y la carga en la salida es constante.

Si disponemos de una VA, fuente de tensión no regulada de 15V.

Para hacer el calculo de la resistencia de drenaje haremos las siguientes operaciones:

RS = (VA – VZ) / (IL + IZ); en nuestro caso:

VA =15V

VZ = 12V

VS = VA – VZ = 15 – 12 = 3V

IL = VZ / RL = 12 / 10 = 1,2A

IZ = IL / 10 = 1,2 / 10 = 0,12A (el 10%)

IS = IL + IZ = 1,2 + 0,12 = 1.32A

Solo nos queda operar con los valores obtenidos:

RS = 3 / 1,32 = 2,272Ω.

El valor normalizado de la resistencia mas próximo a 2,272Ω que se comercializa es de 2,2Ω ó 2,7Ω, escogeremos el primero para garantizar la intensidad mínima que hemos escogido para el Zener, si recalculamos el circuito con este valor:

IS = VS / RS = 3 / 2,2 =1,363A

IZ = IS – IL = 1,363 – 1,2 = 0,163A

La potencia Zener la calculamos:

PZ = VZ * IZ = 12 * 0,163 = 1,956W

La potencia de la resistencia:

PR = VS * IS = 3 * 1,363 = 4,089W

Al acabar los cálculos redondearemos los valores obtenidos, como la resistencia supera los 4W escogeremos una de 5W y para el Zener que esta rozando los 2W uno de 5W que nos garantizara que el circuito sea mas fiable frente a una eventual subida de tensión de la entrada o un cambio en la intensidad de la carga.

Si se nos hubiera dado el caso que la intensidad de la carga fuera variable, entonces haríamos los cálculos para la intensidad mínima y máxima.



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  Un comentario en “Cómo funciona un diodo Zener”

  1. Gracias a DAVID BRUNNER por comunicar un error ya subsanado en los cálculos.

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