Diodo Zener como regulador de voltaje

Cuando el diodo zener está polarizado directamente, el diodo comienza a conducir cuando el voltaje supera el voltaje de corte del diodo. Las características del diodo zener en polarización directa son similares a las del diodo de unión pn normal.

Cuando se aplica el voltaje inverso, el diodo zener tiene una alta resistencia y el paso de corriente a través del diodo es insignificante si el voltaje inverso aplicado es menor que el voltaje de ruptura del diodo zener. Si se aumenta el voltaje inverso y cuando el voltaje es igual al voltaje de ruptura inverso del diodo, el diodo zener comienza a conducir.

El fenómeno del flujo de corriente a través del diodo zener cuando el voltaje aplicado es igual o mayor que el voltaje de ruptura especificado del diodo zener se denomina ruptura zener.

Si el voltaje aumenta aún más por encima del voltaje de ruptura zener especificado, la corriente a través del diodo aumenta, pero el voltaje a través del diodo permanece bastante constante. El diodo zener está disponible en el rango de 1 a 200 voltios.

Diseño del regulador de voltaje Zener

El diagrama de circuito del regulador de voltaje es como se muestra a continuación.

Las siguientes dos condiciones deben cumplirse para que el diodo zener funcione como un regulador de voltaje.

1. El diodo Zener debe conectarse en polarización inversa.
2. El voltaje de suministro Vs debe ser mayor que el voltaje de ruptura del zener

En el circuito anterior, el diodo Zener D está conectado en polarización inversa. La resistencia Rs está conectada en la serie del diodo para limitar la corriente que fluye a través del diodo. El diodo zener mantiene el voltaje de salida constante Vo independientemente de la variación en el voltaje de entrada o la variación en la corriente de carga. Entendamos cómo el diodo zener en el circuito anterior mantiene el voltaje de salida constante con la variación en el voltaje de suministro y/o la variación en la corriente de carga.

Caso 1: cuando la salida no está conectada a la carga

Cuando la salida no está conectada a la carga, la corriente de suministro I es igual a la corriente Zener. La resistencia está conectada en la serie del diodo para limitar la corriente zener en la región de operación segura. La selección correcta de la resistencia en serie es imprescindible para el funcionamiento del diodo Zener como regulador de tensión.

Si se selecciona un valor de resistencia demasiado alto, la corriente a través del diodo Zener será demasiado baja para pasar la corriente a través del diodo Zener y, en esta condición, la tensión de salida V0 será igual a la tensión de alimentación Vs. El voltaje de salida será igual al voltaje Zener solo si el Zener comienza a conducir. La corriente Zener (Iz) no debe exceder la clasificación de corriente máxima del diodo.

Rs(Mín) = (Vs-Vz)/ Iz(máx)

Caso 2: cuando el suministro de entrada varía en el rango especificado

Cuando el voltaje de entrada es máximo en el rango de voltaje especificado, el aumento de voltaje conduce a un aumento en la corriente Zener (Iz). En las características VI inversas del diodo Zener, si el voltaje inverso aumenta por encima del voltaje de ruptura de Zener, la corriente a través del diodo Zener aumenta y el voltaje a través del diodo permanece constante.

yo = yo_z + yo_L

El aumento de la tensión de alimentación provoca un aumento de la corriente Zener. Por lo tanto, la corriente de suministro de entrada I aumenta en la misma proporción que la corriente Zener aumentada y la corriente de carga y el voltaje a través de la carga ( I_L ^X Rs = Vz) permanece bastante constante.

Cuando el voltaje de suministro de entrada es mínimo en el rango de voltaje especificado, la corriente Zener disminuye y, en consecuencia, la corriente de suministro de entrada I disminuye. La corriente Zener disminuida no debe ser inferior a la corriente Zener mínima especificada (Iz-Min.), de lo contrario, la conducción Zener se detendrá. El voltaje de salida y la corriente de carga permanecen constantes si la corriente que fluye a través del diodo es igual o mayor que la corriente Zener mínima nominal (Iz-min).

Caso 3: cuando aumenta la corriente de carga

Con un aumento en la corriente de carga (I_L), la corriente Zener (Iz) disminuye y, por lo tanto, la corriente total (I) permanece constante. La corriente Zener puede alcanzar hasta la corriente Zener mínima (Iz-min). Si la corriente Zener disminuye por debajo de la corriente Zener mínima nominal (Iz-min), el diodo Zener se comporta como un circuito abierto.

Con disminución en la corriente de carga (I_L), la corriente Zener (Iz) aumenta y, por lo tanto, la corriente total (I) permanece constante. La corriente Zener puede alcanzar la corriente Zener máxima (Iz-max). Si la corriente Zener aumenta por encima de la corriente Zener máxima nominal (Iz-max), el diodo Zener puede dañarse permanentemente.

Selección de componentes del circuito:

Selección de resistencia en serie:

Selección de diodo Zener:

Se deben conocer los siguientes datos del diodo Zener.

• Corriente mínima Zener
• Corriente máxima Zener
• voltaje de ruptura o voltaje Zener
• Potencia nominal del diodo Zener