Un diodo Zener, que generalmente se le conoce como simplemente un Zener, representa un tipo específico y particular de diodo. ¿Cuáles son las funciones de este dispositivo eléctrico? Sigue leyendo para que conozcas todas sus características específicas
Qué es un diodo Zener
Un diodo Zener es un dispositivo de referencia de voltaje que utiliza las características de polarización de inversión de una unión positiva-negativa dopada, que está hecha de materiales semiconductores de tipo positivo y negativo.
Se utiliza como referencia de voltaje en fuentes de alimentación estabilizadas, por ejemplo, y también permite protección contra sobretensiones.
Tiene la forma de un pequeño cilindro, provisto de un doble reóforo al final. Este elemento admite que el diodo Zener sea conectado o soldado a un circuito eléctrico. Cuenta con polarización como un diodo normal, por lo que está provisto de un polo positivo (representado por un ánodo) y uno negativo (representado por un cátodo).
El diodo Zener, asimismo, es un diodo particular con la propiedad de permitir que la corriente fluya desde una cierta tensión inversa: esta tensión de umbral se denomina tensión zener. Es un desglose controlado, donde la corriente se estabiliza y no toma valores destructivos, como en el caso de un diodo convencional.
El diodo Zener cuenta con una pequeña banda en el cátodo, a lo largo del terminal negativo. Esto significa que debe considerarse en todos los aspectos un semiconductor real, lo que le permite ser un excelente aislante. Lo diferencia de otros diodos su capacidad para comenzar a conducir energía, si se coloca en ciertas condiciones logísticas y de temperatura.
Cómo funciona el diodo Zener
Los diodos Zener se usan a menudo para regular el voltaje en un circuito. Cuando se conecta en reversa en paralelo con una fuente de voltaje variable, un diodo Zener se vuelve conductivo cuando el voltaje alcanza el voltaje de avalancha del diodo. Entonces mantiene el voltaje en este valor.
Se conecta a través de una fuente de voltaje, y como el voltaje de la fuente es mayor que el voltaje Zener, el voltaje a través de un diodo Zener permanece fijo independientemente del voltaje de la fuente.
Sin embargo, en esta condición, la corriente que fluye a través del diodo puede tener cualquier valor dependiendo de la carga conectada al diodo. Es por eso que se utiliza un diodo Zener sobre todo para controlar el voltaje en diferentes circuitos.
Cuando el nivel de voltaje que se transmite a las cabezas Zener está entre 0 V y Vz, el elemento actúa como un interruptor abierto real. Cuando, por otra parte, el voltaje aumenta por encima de Vz, comienza a producirse el llamado «efecto bola de nieve»; es decir, se determina un paso de corriente rápido y potente entre los dos puntos finales del diodo.
En estos momentos, el diodo Zener es perfectamente capaz de soportar el paso de la corriente, manteniendo el voltaje Vz. Pero, ¿cómo funciona el diodo Zener cuando el voltaje, por otro lado, cae por debajo del nivel Vz? Si esto ocurre, el componente del diodo está orientado hacia el estado de interdicción.
Por lo tanto, en virtud de esta característica de conducción de energía solo por encima de un cierto grado de voltaje Vz, el diodo Zener se utiliza en todos aquellos casos en los que es necesario tener disponible un dispositivo para medir el grado de voltaje de cualquier elemento de carga.
De esto se deduce que el diodo Zener puede ser efectivo para controlar el nivel de carga / descarga de una batería. Para esto, simplemente se debe conectar un LED normal al diodo Zener. Este LED solo se encenderá en caso de que la batería esté realmente cargada; es decir, cuando esté por encima de un cierto nivel de voltaje.
Historia y descubrimiento
El diodo Zener fue descubierto por el físico estadounidense Clarence Melvin Zener en la década de 1930.
El diodo Zener es un tipo especial de diodo que se utiliza principalmente como regulador de voltaje. A diferencia de otros diodos, el diodo Zener está diseñado para operar en la región de ruptura inversa, donde puede mantener una tensión constante a través de sus terminales incluso cuando se aplica un voltaje inverso.
Este fenómeno fue descubierto por Zener mientras estudiaba el comportamiento de los semiconductores bajo altos campos eléctricos. Observó que ciertos materiales semiconductores presentaban una característica única: cuando se aplicaba un voltaje inverso suficientemente alto, comenzaban a conducir corriente en sentido contrario.
Este descubrimiento revolucionó el campo de la electrónica y abrió nuevas posibilidades para el diseño y desarrollo de circuitos eléctricos. El diodo Zener se convirtió en una herramienta invaluable para estabilizar y regular voltajes en diversas aplicaciones, como fuentes de alimentación, circuitos amplificadores y sistemas de protección contra sobretensiones.
Hoy en día, los diodos Zener son ampliamente utilizados en la industria electrónica debido a su capacidad para mantener una tensión constante incluso cuando las condiciones varían. Su importancia radica en su capacidad para proteger otros componentes sensibles al controlar y limitar los niveles de voltaje dentro del sistema electrónico.
En resumen, el descubrimiento del diodo Zener por parte del físico Clarence Melvin Zener en la década de 1930 ha tenido un impacto significativo en el campo de la electrónica. Este componente especializado ha permitido el desarrollo de circuitos más estables y confiables, y sigue siendo una herramienta esencial en numerosas aplicaciones electrónicas en la actualidad.
Ventajas
Una de las principales ventajas del diodo Zener es su capacidad para regular la tensión en un circuito. Esto significa que puede mantener una tensión constante incluso cuando la corriente varía. Esta propiedad lo hace especialmente útil en aplicaciones donde se requiere estabilidad en la tensión, como fuentes de alimentación y reguladores de voltaje.
Otra ventaja del diodo Zener es su capacidad para proteger otros componentes electrónicos contra sobretensiones. Cuando se alcanza el voltaje de ruptura específico, el diodo Zener comienza a conducir y desvía el exceso de corriente, protegiendo así los componentes sensibles a las fluctuaciones de voltaje.
Inconvenientes
Sin embargo, también existen algunas desventajas asociadas con el uso del diodo Zener. Uno de los inconvenientes más comunes es su tolerancia a la temperatura. La característica zener del diodo puede verse afectada por cambios en la temperatura ambiente, lo que puede provocar variaciones en la tensión regulada.
Además, otro aspecto negativo del diodo Zener es su limitada capacidad para manejar altas corrientes. En aplicaciones donde se requiere una alta potencia o una corriente significativa, puede ser necesario utilizar múltiples diodos Zener o buscar alternativas más adecuadas.
En resumen, el diodo Zener ofrece muchas ventajas importantes en términos de regulación de voltaje y protección contra sobretensiones. Sin embargo, también tiene algunas limitaciones relacionadas con la tolerancia a la temperatura y la capacidad de corriente. Es importante evaluar cuidadosamente las necesidades del circuito antes de decidir utilizar un diodo Zener en una aplicación específica de electrónica.