Cuestiones de electrónica aplicada

El diodo Zener, características, función de transferencia y ejemplos de aplicación

Desarrollo del ejemplo 3

Los diodos Zener o diodos de avalancha, son diodos semiconductores de unión pn con propiedades controladas en la zona de polarización inversa. En la figura (a) mostramos una característica típica V-I.

La característica directa es similar a la de los diodos semiconductores normales. La característica inversa, sin embargo, presenta una región en la cual la tensión es casi independiente de la corriente. La tensión zener de cualquier diodo específico está controlada por la cantidad de dopado aplicada en el proceso de fabricación y usualmente varía entre 2 y 200 V. En la mayoría de las aplicaciones los diodos Zener trabajan en la región de polarización inversa, Una aplicación típica es el regulador de tensión de la figura (b).

Cuando este circuito está bien proyectado, la tensión en la carga, \(V_L \), permanece constante e igual a la tensión nominal Zener, incluso aunque la tensión de entrada, \( V_{dc} \), y la resistencia de carga, \(R_L \), varíen dentro de una amplia gama de valores. El funcionamiento del circuito puede explicarse cualitativamente en función de la característica V-I de la figura (a).

Si la tensión de entrada aumenta, el diodo tiende a matener una tensión constante en bornes de la carga de modo que la caída de tensión en \( r_i \) aumenta. El incremento resultante de \( I_i\) circula a través del diodomientras que la corriente de carga permanece constante.

Si suponemos en cambio que la tensión de entrada permanece constante y disminuye la resistencia de carga, se requiere un incremento de la corriente de carga. Esta corriente extra no puede venir de la fuente de alimentación ya que la caída en \( r_i \) y, por tanto, la corriente suministrada, no puede cambiar mientras el diodo trabaje dentro de su zona de regulación. La corriente de carga adicional será debida, por tanto, a una disminución de la corriente a través del diodo Zener. Ambas acciones de regulación dependen del funcionamiento del diodo más allá del codo de la curva, donde su tensión permanece prácticamente constante, y el margen de regulación dependerá del valor de \( r_i \). en este circuito.