EL DIODO ZENER (I)

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AMPLIACIÓN
FICHA 13
EL DIODO ZENER (I)
El diodo Zener es un componente electrónico formado por dos materiales
semiconductores. Se utiliza, sobre todo, para regular o estabilizar una tensión.
Su símbolo es el de la derecha.
COMPORTAMIENTO EN CORRIENTE CONTINUA
Analiza los siguientes circuitos elementales:
Estudio comparado del comportamiento de resistores y diodos (en polarización directa)
El valor del resistor siempre
es el mismo, pero el voltaje
y la intensidad que soportan
pueden variar (según la ley
de Ohm), pero solo dentro
de unos límites.
La máxima potencia que puede
disipar el de este circuito es:
Pmáx = V ⋅ I = 2.
Es decir, el producto del voltaje
en sus bornes y la intensidad
que lo recorre no puede ser
mayor de 2 W.
El diodo normal (o rectificador)
no ofrece resistencia al paso
de corriente (el voltaje entre
sus bornes siempre será 0 V,
no pueden soportar un voltaje
superior), pero solo puede disipar
una cantidad máxima
de potencia.
Si pasan a su través más de 1 A,
se quemará.
El diodo Zener se comporta,
en polarización directa, como
un diodo rectificador. No ofrece
resistencia al paso de corriente
(el voltaje entre sus bornes
siempre será 0 V, no pueden
soportar un voltaje superior),
pero solo puede disipar una
cantidad máxima de potencia.
Si pasa a su través más de 1 A,
se quemará.
Estudio comparado del comportamiento de resistores y diodos (en polarización inversa)
El resistor se comporta
exactamente igual,
independientemente del sentido
que lleve la corriente que lo
atraviesa. Por eso se dice que es
un componente no polarizado.
Los valores de intensidad
y de voltaje que soporta son
los mismos. El signo negativo
en los aparatos de medida solo
indica el sentido de la corriente.
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El diodo rectificador no permite
el paso de corriente, absorbiendo
todo el voltaje de la fuente
por alto que sea.
En la práctica, por supuesto,
sí que habrá un límite a partir
del cual el diodo se queme.
Ese límite se llama voltaje
o tensión Zener.
El diodo Zener permite el paso
de corriente salvo cuando el voltaje
inverso es justamente (ni mayor
ni menor) un valor crítico, llamado
voltaje Zener. En ese momento
el diodo dejará pasar toda
la corriente en sentido inverso
al indicado por la flecha de
su símbolo, con la natural
limitación de la potencia máxima
que puede disipar (en el caso del
diodo Zener de esta simulación,
cuya tensión Zener es 5,1 V,
la potencia máxima es 5 W).
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AMPLIACIÓN
FICHA 13
EL DIODO ZENER (II)
Bombilla + Zener
Ahora conectaremos una bombilla en serie con un diodo Zener. La bombilla es un componente que no presenta
una resistencia eléctrica constante, sino que varía con la temperatura (cuanto mayor es la temperatura
del filamento, mayor es la resistencia que presenta al paso de la corriente eléctrica).
Como acabas de ver, cuando se conecta un diodo Zener en polarización directa, se comporta como un diodo
normal, dejando pasar la corriente y siendo despreciable el voltaje que cae en sus bornes (en la simulación
de la izquierda, 737 mV):
Encendida
Diodo Zener en polarización directa.
Apagada
Diodo Zener en polarización inversa (con tensión inversa
menor que la tensión Zener).
El diodo Zener suele utilizarse polarizado en inversa. En inversa, si la tensión de la pila es pequeña, el Zener
no dejará pasar la corriente, al igual que un diodo normal1, pero si aumenta por encima de cierto valor, el diodo
Zener disminuirá su resistencia drásticamente dejando pasar toda la corriente. En ese momento, la tensión
en el diodo Zener se fijará en Vz voltios y el exceso de voltaje tendrá que ser absorbido por un componente
colocado en serie; en este caso, la bombilla.
Cuidado, porque esta
bombilla no aguanta
más de 9 V.
Encendida
Diodo Zener en polarización inversa (con tensión inversa mayor que la tensión Zener).
Recuerda que un diodo normal se comportaba como un tapón para la corriente que iba en sentido contrario
al de la flecha del diodo (si te empeñabas en aumentar su voltaje inverso, acabarías por quemar el diodo).
Sin embargo, un diodo Zener, en polarización inversa, se comporta como «un tapón que se puede quitar»,
dejando pasar toda la corriente.
1
En realidad, sí que pasa una pequeñísima cantidad de corriente llamada corriente de pérdida o corriente inversa que, generalmente,
es despreciable.
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FICHA 13
EL DIODO ZENER (III)
Resumiendo:
• Los diodos rectificadores y los diodos Zener se comportan como si fueran interruptores cerrados, cuando
se conectan en polarización directa (la tensión en sus bornes será 0 V).
• En cambio, en polarización inversa, un diodo rectificador se comporta como un interruptor abierto
y un diodo Zener:
– Si sobre él cae una tensión inversa V menor que la tensión Zener, se comporta como un interruptor
cerrado (y en sus bornes caerá una tensión V ).
– Si sobre él intenta caer una tensión inversa, V, mayor que la tensión Zener, se comporta ¡como una pila!,
que suministra una tensión de Vz voltios. En este caso debe haber un componente conectado
en serie que absorba el exceso de voltaje (soportando una tensión de V − Vz voltios). El diodo
funcionará en esta situación siempre que no pase demasiada intensidad por él).
Cuidado, porque esta
bombilla no aguanta
más de 9 V.
Encendida
Diodo Zener en polarización inversa cuando la tensión inversa es mayor que la tensión Zener (se comporta
como si fuera una pila de tensión VZ.
CUESTIONES
1
Elige las afirmaciones correctas sobre el diodo Zener:
a) Está formado por un semiconductor y un conductor.
b) Está formado por dos semiconductores.
c) Su símbolo es igual al de un diodo normal.
d) Se utiliza para estabilizar una tensión.
2
Explica las diferencias entre un diodo normal y un diodo Zener.
3
¿Cuál es la utilidad de los diodos Zener?
4
¿Por qué los diodos Zener se usan habitualmente en polarización inversa?
5
Simula con Crocodile Technology 3D los circuitos que aparecen en esta ficha. Incluye:
• Fuente de alimentación.
• Diodo Zener.
• Amperímetro.
• Voltímetro.
• Bombilla.
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