Resistencia Interna

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
- E.S.I.M.E CULHUACÁN-
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
DISPOSITIVOS
“El diodo Zener”
Alumnos: Jiménez Domínguez Gabriel
Mejía Chávez Patricia
Rivera Azamar Juan Carlos
Profesora: Sofía Rodríguez Peña
Grupo: 5EM1
DIODO ZENER
Los diodos más utilizados son los rectificadores. Se emplean en fuentes de alimentación
para convertir tensión alterna en tensión continua. Pero la rectificación no es la única
función de los diodos. Discutiremos otras aplicaciones de los diodos. Hablemos del
diodo zener, cuyas propiedades más útiles son las de la zona de ruptura. Los diodos
zener son muy importantes, ya que son la clave para la regulación de tensión.
Definición
Los diodos rectificadores y los diodos para pequeña señal nunca se emplean
intencionadamente en la zona de ruptura, ya que esto podría dañarlos. Un diodo zener es
diferente: se trata de un diodo de silicio que se ha diseñado para que funcione en la zona
de ruptura. Llamado a veces diodo de avalancha, el diodo zener es la parte esencial de
los reguladores de tensión.
Gráfica corriente contra tensión (I-V)
Observamos en la Figura (1) el símbolo de un diodo zener, la línea recuerda la letra “Z”,
símbolo de zener. Variando el nivel de dopaje de los diodos de silicio, el fabricante
puede producir diodos zener con tensiones de ruptura que van desde 2 hasta 200V.
Estos diodos pueden funcionar en cualquiera de las tres zonas: directa, de fugas, de
ruptura.
Figura 1.
La Figura (2) muestra la gráfica corriente contra voltaje de un diodo zener. En la zona
directa comienza a conducir aproximadamente a los 0.7V igual que un diodo normal de
silicio. En la zona de fugas (entre cero y la zona zener) circula solamente una pequeña
corriente inversa. En un diodo zener la ruptura tiene un codo muy pronunciado, seguido
de un aumento casi vertical en la corriente. Obsérvese que la tensión es casi constante,
aproximadamente igual a Vz en la mayor parte de la zona de ruptura. En las hojas de
características es frecuente que se indique el valor de Vz, para un valor particular de la
corriente Iz.
Esta gráfica también muestra la máxima corriente inversa IZM. Mientras la corriente
inversa sea menor que IZM, el diodo esta funcionando dentro de su zona de seguridad, si
la corriente es mayor que IZM, el diodo se destruirá. Para prevenir un exceso de corriente
inversa se debe usar una resistencia limitadora de corriente.
Figura 2.
Diodo zener ideal
Para detección de averías y análisis preliminares, la zona zener se puede aproximar
mediante una recta vertical como se observa en la Figura (3). En consecuencia, la
tensión es constante incluso cuando la corriente cambie, lo cual equivale a ignorar la
resistencia zener. Esto significa que el diodo zener, al funcionar en la zona de ruptura se
comporta teóricamente como una batería. En un circuito este hecho quiere decir que un
diodo zener se puede sustituir mentalmente por una fuente de tensión de valor Vz,
suponiendo que el diodo zener este funcionando en la zona de ruptura.
Figura 3.
Efecto Zener
Al aplicar una tensión inversa pequeña a un diodo, circula una corriente cuyo valor es
igual al de la corriente de pérdidas superficiales, más la normal de saturación, estando
formada esta última por huecos y electrones generados por el material del diodo (P-N).
Si se aumenta la tensión, en un principio no aumenta el número de portadores
minoritarios (electrones) y no circula corriente en el elemento. Pero al alcanzar cierto
valor de la tensión inversa, se produce una ruptura espontánea de los enlaces covalentes
de los átomos próximos a la unión PN. La creación de electrones libres de esta forma se
denomina Efecto Zener.
Cuando un diodo esta fuertemente dopado la zona de saturación del diodo se hace muy
estrecha y al aplicar una tensión inversa a este se genera un campo eléctrico muy
intenso (del orden de los 300 V/cm) capaz de empujar a los electrones fuera de sus
orbitales de valencia.
El otro caso presente en las características del diodo tener es que al estar aumentando la
tensión inversa, se aumenta la velocidad de los portadores a un punto en que se produce
la ionización. Los portadores liberados por colisión toman parte en nuevas colisiones y
producen a su vez nuevos portadores. El rápido aumento del número 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 (Tener o Avalancha), la
tensión de ruptura de un diodo tener se produce a un nivel bien definido y estable,
prácticamente constante.
Zona de ruptura
Zona de ruptura y ejemplos de tensiones de ruptura de diodos de la serie BZX79 de
Miniwatt.
Para fabricar diodos con un valor determinado de tensión de ruptura (VZ) hay que ver la
impurificación porque VZ es función de la impurificación (NA ó ND), depende de las
impurezas.
Coeficiente de temperatura
El coeficiente de temperatura es el cambio en la tensión de ruptura por cada grado que
aumenta la temperatura. Para los diodos zener de baja tensión (menores a 4V) que se
encuentran en su zona de efecto zener, el coeficiente de temperatura es negativo,
mientras que los poseedores de una tensión alta (mayores a 6V) su coeficiente es
positivo. La oscilación de voltajes entre los dos tipos de diodo tener poseen un
coeficiente de temperatura que se vuelve positivo y negativo. Por ello existe la
posibilidad de crear un diodo zener capaz de tener un coeficiente de cero para ciertas
aplicaciones a temperaturas elevadas.
Coeficiente de temperatura de un diodo zener en función de la tensión del diodo.
Potencia Máxima
La disipación de potencia en un diodo zener es igual al producto de su tensión por su
corriente:
PZ = VZIZ
Siempre que PZ sea menor que la limitación de potencia, el diodo zener podra funcionar
en la zona de ruptura sin que se destruya. Los diodos zener disponibles comercialmente
poseen potencias desde
Ejemplo de aplicación y sugerencia de práctica
Práctica: entrada de una señal senoidal filtrada por un capacitor y aplicada al regulador:
Páginas consultadas
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema5/Paginas/Pagina1.htm
Resistencia Interna
En la tercera aproximación de un diodo de silicio, la tensión directa a través de un diodo
es igual a la tensión umbral más una tensión adicional a través de la resistencia interna.
Similarmente, en la región de ruptura, la tensión inversa a través de un diodo es igual a
la tensión de ruptura más una tensión adicional a través de la resistencia interna. En la
zona inversa la resistencia interna se conoce como la resistencia zener.
Esta resistencia es igual a la pendiente en la región de ruptura. En otras palabras, cuanto
más vertical es la zona de ruptura menor es la resistencia zener.
La resistencia zener significa que un aumento en la corriente inversa producirá un ligero
aumento en la tensión inversa. El incremento de tensión es muy pequeño, generalmente
de unas décimas de voltio.
La resistencia zener (también llamada impedancia zener) puede designarse por RZT o
por ZZT. Por ejemplo: el diodo 1N961 tiene una resistencia zener de 8.5 Ω medida a una
corriente de prueba de 12.5 mA. Mientras la corriente zener se mantenga por encima por
encima del codo de la curva, puede tomarse 8.5 Ω como el valor aproximado de la
resistencia zener. Lo importante es que el punto de funcionamiento debe estar cerca de
la corriente de prueba, si es posible. En este caso la resistencia zener es relativamente
pequeña.
Corriente máxima
Las hojas de características normalmente incluyen la corriente máxima que puede
circular por un diodo zener sin exceder su límite de potencia. Esta corriente máxima
está relacionada con la potencia máxima de la forma siguiente:
IZM = PZM / VZ
Donde:
IZM = Corriente máxima por el diodo zener
PZM = Limitación de potencia máxima
VZ = Tensión zener
Factor de Ajuste
El factor de ajuste que se incluye en las hojas de características indica cuato hay que
reducir la limitación de potencia de un dispositivo. L serie IN764 por ejemplo, tiene una
limitación de potencia de 400 mV para una temperatura de 50 ºC. El factor de ajuste que
se da es de 3.2 mW/ºC lo que significa que se deben restar 3.2 mW por cada grado que
rebase los 50 ºC
Si se sabe que la temperatura superará los 50 ºC el diseñador tiene que ajustar o reducir
la limitación de potencia del diodo zener.
Bibliografía
www.redeya.com/.../hdiodo/diodo/d5.htm
www.ifent.org/lecciones/zener/default.asp
es.wikipedia.org/wiki/Diodo
PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA. SEXTA EDICIÓN
Albert Paul Malvino (Editorial McGraw-Hill)