PRACTICAS DE TEDE

EL DIODO ZENER



OBJETIVOS:

  1. CONOCIMIENTO DE LA CONSTITUCIÓN DEL DIODO ZENER
  2. CURVA DE CARACTERÍSTICAS
  3. FUNCIONAMIENTO
  4. POLARIZACIÓN
  5. NOMENCLATURA
  6. EJERCICIOS


1. DIODO ZENER

Son elementos semiconductores de silicio, que poseen una característica en sentido directo igual a la de cualquier diodo rectificador, pero que en sentido inverso, y para una corriente inversa de un valor determinado, presenta una tensión de un valor constante., el cual es propio de las características técnicas de cada diodo en particular.

Por estas circunstancias este dispositivo se hace ideal como estabilizador de tensión, o para obtener una tensión de referencia de un valor fijo y determinado.


1.1 CONSTITUCIÓN DE UN DIODO ZENER

Los zener se fabrican por procesos de aleación o difusión según sean las características que se deseen obtener. De modo general, podemos decir que para diodos con tensión de ruptura inferior a 9 V. Presentan mejores características cuando se fabrican por aleación, mientras que cuando las tensiones de ruptura son superiores a los 12 voltios se fabrican por difusión, para las tensiones entre 9 y 12 voltios el proceso de fabricación depende de otros factores.


Proceso de fabricación por aleación:


Este método consiste en calentar a una temperatura de unos 650º, una pequeña pastilla de cristal de silicio tipo N , a la que se le coloca encima una minúscula cantidad de material tipo P. Al calentarlos se produce la aleación entre ambos en una zona de forma circular.



Proceso de fabricación por Difusión:


Este tipo de diodos se obtienen depositando en una delgada lamina de cristal de silicio, boro por una cara ( para la formación del materia tipo P ) y por la otra vapor de fósforo ( para la formación del materia tipo N) el conjunto se introduce en un horno a una temperatura superior a 1200ºC el calor provocara que en el cristal de silicio penetre el fósforo por un lado y el boro por el otro, difundiéndose ambos materiales en el cristal de silicio.


El tipo de encapsulado es igual que el de los diodos rectificadores. Aunque como veremos mas adelante no se comportan como ellos, es por eso que en sismología electrónica la forma de representarlos es también diferente.



Utilizándose cualquiera de ellos.
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1.2 CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN DEL ZENER

Existen tres tipos de identificación de los diodos zener. El mas moderno consiste en tres letras seguidas de un numero de serie y el valor que hace referencia a la tensión zener.

  1. Es un B, indicativa de que se trata de un elemento semiconductor de silicio

  2. Es una Z, indica que se trata de un diodo zener

  3. Es una X o Z indica que se trata de aplicaciones profesionales

Después ira el numero de serie indicado por el fabricante y la tensión zener, utilizando la V como coma decimal. Por ejemplo:

BZX-79-5V1



En ocasiones se le añade una letra mas que nos indicara la tolerancia de la tensión zener, según el siguiente código:


A---- 1%

B---- 2%

C---- 5%

D----10%

E----15%

Otro código es el que utiliza También tres letras y el numero de serie del fabricante, siendo


  1. Es un O, indicativa de que se trata de un elemento semiconductor

  2. Es AZ, indica que se trata de un diodo zener

  3. El numero de serie del fabricante

Y por ultimo el código americano, que al igual que los diodos rectificadores seria:

1N seguido por un numero de serie

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1.3 CURVA DE CARACTERÍSTICAS DEL ZENER


Cuando a un diodo zener se le aplica una tensión en sentido directo, este actúa como un diodo rectificador normal, esto es que a partir de la tensión umbral ( 0.7 en silicio ) la corriente aumenta rápidamente de valor. Por lo tanto la resistencia polarizando el diodo zener en sentido directo será pequeña.

Al polarizar el diodo de forma inversa, y si no sobrepasa cierto valor, el zener se compota igual que un diodo normal

Si se aumenta la tensión inversa se alcanza finalmente un valor para el cual la corriente en sentido inverso aumenta bruscamente, o sea pasa a ser conductor en sentido inverso, a esta tensión se le llama tensión de ruptura o tensión zener.

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1.4 EFECTO ZENER Y EFECTO AVALANCHA



Al aplicar una tensión inversa pequeña a un diodo, circula una corriente cuyo valor es muy pequeño y que esta formada por huecos y electrones generados térmicamente. Sin embargo al aumentar hasta cierto valor la tensión inversa, se produce una ruptura espontanea de los enlaces covalentes de los átomos próximos a la unión P N. La ruptura de dichos enlaces genera pares electrón - hueco y se produce así un aumento notable de la corriente. Está acción es el efecto zener propiamente dicho.
La tensión a la que se produce dicho efecto , depende del grado de dopado del silicio. Sin embargo, a menudo se obtiene un aumento brusco de la corriente inversa por medio de un efecto de avalancha y por debajo del nivel de la tensión inversa que corresponde al efecto zener.
Al aumentar la tension inversa aumenta la velocidad de los portadores. Dicha velocidad puede ser suficiente para provocar la ionización si los átomos chocan con las moléculas del semiconductor con suficiente energía.
Los portadores de carga resultantes de la ionización por colisión toman parte en nuevas colisiones y produce a su vez nuevos portadores y por consiguiente, de la corriente. Esto es lo que constituye el efecto avalancha.
Sea cual sea el mecanismo que produzca la ruptura, se produce en un nivel bien definido y estable, prácticamente constante.
Procurando no sobrepasar la temperatura de unión máxima admisible, la ruptura es reversible y no destructiva, o sea regresa a su estado de bloqueo al descender la tensión inversa. Esto diferencia este diodo del diodo rectificador ya que este ultimo al llegar a la tensión zener se destruye.

1.5 TENSIÓN DE REFERENCIA

Es la tensión en bornes del diodo después de la ruptura, y su valor no puede ser mucho mayor que el de ruptura, siendo casi constante

* Ver trasparencia *

Se ve como la tensión zener en los bornes de los BZX79 permanece casi constante una vez superada la tensión zener. En los catálogos, los fabricantes indican normalmente la tensión zener y su tolerancia. Así, el BZX79 c4V7 posee una tensión zener de 4’7 V. Al 5% o sea oscilara entre 4’47 V y 4’94 V.



1.6 ELECCIÓN DEL DIODO ZENER

Básicamente bastará con elegir aquél cuya tensión zener sea igual a la tensión estable que deseamos obtener. Las tensiones normalizadas de los zener se fabrican siguiendo la tabla E24 con tolerancias del 5% y del 10%. Con respecto a la potencia se fabrican desde 280mW a 75W.

2 REGULADOR ZENER

En condiciones normales el zener estará polarizado de forma inversa. La tensión de la fuente tiene que ser algo mayor que la tensión de ruptura. Además siempre se utiliza una resistencia en serie como limitadora de la corriente máxima que puede llegar el zener, en caso contrario este se quemaría.


Este circuito se utiliza cuando se desea una tensión continua de salida sea menor o de un valor determinado menor al que ofrece la fuente de alimentación. Un circuito así se conoce como " Regulador zener".

La tensión de la resistencia limitadora es igual a la diferencia entre la tensión zener y la tensión de la fuente, por lo tanto la corriente del circuito será igual:

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Is= Vs - Vz / Rs

Cuestión

Suponga el circuito, tiene una tensión zener de 10 V .Calcule la corriente máxima y mínima

12.2mA y36.6mA

¿Que ocurre en este circuito?



Durante el semiciclo positivo, el diodo de arriba conduce y el de abajo esta en la zona zener; por tanto la salida queda recortada. El nivel será el de la tensión zener( diodo en ruptura) más 0’7 v ( (Diodo con polarización directa). Cuando esta el semiciclo negativo, ocurre al contrario con lo cual se obtiene una señal casi cuadrada. Cuanto mayor sea la onda sinuidal de entrada, más perfecta será la onda cuadrada de salida

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