El Diodo Zener: Características, Funcionamiento y Aplicaciones

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, 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.

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.

Qué es un Diodo Rectificador

Un diodo rectificadores un dispositivo semiconductor que permite el flujo de la corriente eléctrica en una sola dirección. Parecido a un interruptor, se distingue por su curva de 2 partes: por debajo o por encima del diferencial de potencia.

Este componente electrónico está diseñado para dejar pasar la mitad positiva o negativa de la señal de corriente alterna (AC) usando la rectificación. A menudo, dicho proceso está presente en la creación de fuentes de poder donde hace falta transformar la AC en corriente directa (DC), función esencial para la estabilidad del circuito.

Funcionamiento de un Diodo Rectificador

El diodo rectificador presenta una curva característica que muestra las bases de su funcionamiento. En ese diagrama distinguimos 2 elementos esenciales:

Polarización directa

Esto sucede cuando usted conecta este semiconductor a una fuente de tensión en donde el potencial positivo está en contacto con el ánodo y el negativo con el cátodo. Esta configuración directa de tensión permite que este componente electrónico conduzca el flujo de corriente.

Polarización inversa

Esta condición ocurre al unir el diodo rectificador con los polos de una batería. Así, el cátodo queda conectado al terminal positivo y el ánodo al negativo. Este genera la transmisión de corriente de baja potencia, que se conoce como de saturación inversa o fugas.

A medida que se eleva la temperatura, esta corriente también crece. Si la tensión aplicada está por debajo del valor conocido como tensión de ruptura, se genera un flujo de energía independiente. Esto puede hacer que la corriente suba de forma rápida y con pequeños picos de tensión.

Tipos de circuitos con estos componentes eléctricos

A la hora de llevar a cabo sus circuitos rectificadores, existen 2 opciones básicas que usted debe considerar:

Rectificación de media onda

Este tipo de circuito le permite transformar la corriente alterna en corriente continua. Estos rectificadores suelen producir mayor número de oscilaciones que aquellos de onda completa. Por esta razón, usted debe incorporar un condensador para regularlas y al mismo tiempo reducir la frecuencia armónica de la AC con relación a la salida de la DC.

Rectificación de onda completa

Aunque parecido al circuito anterior, esta versión sirve para aprovechar los semiciclos de la AC para conseguir la DC. En esta configuración, usted puede observar una menor caída de tensión y mayores niveles de intensidad cuando le aplica una carga tipo RL. Esta rectificación es posible mediante un transformador de toma central en el devanado secundario o el uso de un puente de diodos (4).