Diodo Zener: explicación, especificaciones, aplicaciones, símbolo del circuito

Un material semiconductor tiene un valor de conductividad eléctrica que se encuentra entre el de un conductor, como el cobre metálico, y el de un aislante, como el vidrio. Su resistividad cae a medida que aumenta su temperatura; los metales se comportan de manera opuesta. Sus propiedades conductoras pueden alterarse de forma útil mediante la introducción de impurezas (dopaje) en la estructura cristalina. Cuando existen dos regiones dopadas de manera diferente en el mismo cristal, se crea una unión semiconductora. El comportamiento de los portadores de carga, que incluyen electrones, iones y huecos de electrones, en estas uniones es la base de los diodos, los transistores y la electrónica más moderna. 

Algunos ejemplos de semiconductores son el silicio, el germanio, el arseniuro de galio y los elementos cercanos a la llamada escalera metaloide de la tabla periódica. Después del silicio, el arseniuro de galio es el segundo semiconductor más común y se usa en diodos láser, células solares, circuitos integrados de frecuencia de microondas y otros. El silicio es un elemento crítico para la fabricación de la mayoría de los circuitos electrónicos. Este artículo trata sobre el diodo Zener antes de echar un vistazo a los temas relacionados.

Unión PN

Una unión pn es una interfaz o un límite entre dos tipos de materiales semiconductores, a saber, el tipo p y el tipo n, dentro de un semiconductor.

El lado p o el lado positivo del semiconductor tiene un exceso de huecos y el lado n o el lado negativo tiene un exceso de electrones. En un semiconductor, la unión pn se crea mediante el método de dopaje.

Formación de unión pn 

• Utilizamos materiales semiconductores distintivos para hacer una intersección pn, habrá un límite de grano que restringiría el desarrollo de electrones de un lado al siguiente al dispersar los electrones y las aberturas y, en consecuencia, utilizamos el método relacionado con el dopaje. 
• Comprenderemos la forma más común de dopaje con la ayuda de este modelo. Permítanos considerar una delgada hoja de semiconductor de silicio tipo p. 
• Si añadimos una cantidad modesta de contaminación pentavalente a esto, una parte del Si de tipo p se cambiará a silicio de tipo n. Esta hoja contendrá actualmente tanto el distrito de tipo p como la configuración regional de tipo n y una intersección entre estas dos áreas. 
• Los ciclos que siguen el desarrollo de una intersección pn son de dos tipos: difusión y flotación. Como probablemente sabemos, existe una distinción en la convergencia de aberturas y electrones en los diferentes lados de una intersección, las aberturas del lado p se difunden hacia el lado n y los electrones del lado n se difunden hacia el lado p. -lado. Estos conducen a una corriente de dispersión a través de la intersección. 

Condiciones de polarización para el diodo de unión pn

Hay dos áreas de trabajo en el diodo de intersección pn:

1. tipo p
2. tipo n

Hay tres condiciones de polarización para el diodo de intersección pn y esto depende del voltaje aplicado:

• Polarización cero: no se aplica ningún voltaje externo al diodo de intersección pn.
• Polarización directa: la terminal positiva del potencial de voltaje está asociada con el tipo p, mientras que la terminal adversa está asociada con el tipo n.
• Polarización inversa: el terminal adverso del potencial de voltaje está asociado con el tipo p y el positivo está asociado con el tipo n.

Sesgo directo

• En el punto en que el tipo p está asociado con el terminal positivo de la batería y el tipo n con el terminal adverso, se supone que la intersección pn es hacia adelante de un solo lado. En el punto en que la intersección pn es unilateral hacia adelante, el campo eléctrico subyacente en la intersección pn y el campo eléctrico aplicado son de forma inversa. 
• Cuando ambos campos eléctricos se suman, el campo eléctrico resultante tiene una extensión menor que el campo eléctrico implícito. Esto da como resultado una zona de agotamiento menos resistiva y más esbelta. La obstrucción del área de escape pierde importancia cuando el voltaje aplicado es enorme. 
• En el silicio, a la tensión de 0,6 V, la oposición del distrito de agotamiento resulta ser totalmente irrelevante y la corriente fluye a través de él sin obstrucciones.

Sesgo invertido

• En el punto en que el tipo p está asociado con el terminal adverso de la batería y el tipo n está asociado con el lado positivo, se supone que la intersección pn es inversamente unilateral. 
• Para esta situación, el campo eléctrico inherente y el campo eléctrico aplicado son similares. En el punto en que se suman los dos campos, el campo eléctrico resultante es similar al campo eléctrico subyacente, lo que crea un distrito de consumo más grueso y más resistivo. 
• El local de consumo resulta ser más resistivo y más grueso si aumenta el voltaje aplicado.

Diodo Zener

Un diodo Zener es un dispositivo semiconductor fuertemente dopado que está diseñado para funcionar de manera opuesta.

Un diodo Zener, también llamado diodo de ruptura, es un dispositivo semiconductor intensamente dopado que está diseñado para funcionar de manera inversa. En el punto en que el voltaje a través de los terminales de un diodo Zener se invierte y el potencial llega al voltaje Zener (voltaje de rodilla), la intersección se separa y la corriente fluye en dirección opuesta. Este impacto se conoce como el Efecto Zener.

Trabajo de diodo Zener en polarización inversa

Un diodo Zener funciona en realidad como un diodo ordinario cuando es de un solo lado. No obstante, cuando se asocia con el modo unilateral hacia atrás, una pequeña corriente de derrame se mueve a través del diodo. A medida que aumenta el voltaje opuesto al voltaje de ruptura predeterminado (Vz), la corriente comienza a circular a través del diodo. La corriente aumenta al máximo, dictada por la resistencia en serie, después de lo cual se equilibra y se mantiene constante en una amplia gama de voltaje aplicado.

Hay dos tipos de averías para un diodo Zener:

• Desglose de avalancha
• Desglose de Zener

• Desglose de avalancha en diodo Zener:

La ruptura de la avalancha ocurre tanto en el diodo ordinario como en el diodo Zener a un alto voltaje opuesto. Cuando se aplica un alto valor de voltaje opuesto a la intersección PN, los electrones libres adquieren suficiente energía y aceleran a altas velocidades. Estos electrones libres que se mueven a alta velocidad impactan en diferentes moléculas y eliminan más electrones. 

Debido a este impacto constante, se produce una enorme cantidad de electrones libres porque el flujo eléctrico en el diodo aumenta rápidamente. Esta expansión abrupta en el flujo eléctrico puede destruir para siempre el diodo ordinario, sin embargo, un diodo Zener está diseñado para funcionar bajo una ruptura de deslizamiento torrencial y puede soportar el pico inesperado de flujo. La ruptura del deslizamiento torrencial ocurre en los diodos Zener con voltaje Zener (Vz) más prominente que 6V.

• Desglose de Zener en diodo Zener:

Cuando el voltaje de predisposición inversa aplicado se acerca más al voltaje Zener, el campo eléctrico en el lugar de agotamiento se vuelve lo suficientemente capaz de extraer electrones de su banda de valencia. 

Los electrones de valencia que adquieren la energía adecuada del campo eléctrico sólido del área de agotamiento se liberan de la molécula madre. En el distrito de averías de Zener, una pequeña expansión en el voltaje provoca un rápido incremento del flujo eléctrico.

Desglose de Avalanche vs Desglose de Zener:

• El impacto Zener es predominante en voltajes de hasta 5,6 voltios y el impacto de deslizamiento torrencial se hace cargo de eso.
• Ambos son impactos comparativos, la diferencia es que el impacto Zener es una maravilla cuántica y el impacto de ruptura de avalancha es el desarrollo de electrones en la banda de valencia como en cualquier flujo eléctrico.
• El impacto de la ruptura de avalancha también permite una corriente mayor a través del diodo de lo que permitiría una ruptura de Zener.

Símbolo de circuito del diodo Zener

Existen numerosas formas en las que se agrupa un diodo Zener. Algunos se utilizan para grados significativos de difusión de fuerza y ​​los otros están contenidos con diseños de montaje en superficie. El tipo de diodo Zener más conocido se encuentra dentro de un pequeño epítome de vidrio. Tiene una banda alrededor de un extremo que indica el lado del cátodo del diodo.

VI Características del diodo Zener

El gráfico que se muestra a continuación muestra las cualidades VI del diodo Zener.

Las cualidades VI de un diodo Zener se pueden separar en dos secciones de la siguiente manera:

• Características directas del diodo Zener: El cuadrante principal del diagrama aborda las cualidades directas de un diodo Zener. Del diagrama, comprendemos que es prácticamente indistinguible de los atributos directos de algún otro diodo de intersección pn.
• Características inversas del diodo Zener: en el punto en que se aplica un voltaje opuesto a un voltaje Zener, al principio una pequeña corriente de inmersión inversa Io fluye a través del diodo. Esta corriente se debe a los transportadores minoritarios creados térmicamente. A medida que se expande el voltaje opuesto, a un valor específico de voltaje opuesto, la corriente inversa aumenta definitivamente y con fuerza. Esto significa que se ha producido la avería. A este voltaje lo llamamos voltaje de ruptura o voltaje Zener y se representa por V _z .

Especificaciones del diodo Zener:

Algunos detalles normalmente utilizados para los diodos Zener son los siguientes:

• Voltaje de ruptura / Zener: el voltaje de ruptura Zener o el opuesto va de 2.4 V a 200 V, a veces puede llegar hasta 1 kV, mientras que el máximo para el dispositivo montado en la superficie es de 47 V.
• Corriente Iz (max) – Es la mayor corriente en el Voltaje Zener evaluado (Vz – 200μA a 200 A)
• Corriente Iz (min): es el valor base de la corriente necesaria para que el diodo se descomponga.
• Clasificación de fuerza: significa la fuerza más extrema que el diodo Zener puede dispersar. Está dado por el resultado del voltaje del diodo y la corriente que lo atraviesa.
• Estabilidad de la temperatura: los diodos de alrededor de 5 V tienen la mejor seguridad
• Tolerancia de voltaje: normalmente es de ± 5%
• Resistencia Zener (Rz): es la protección contra los espectáculos de diodos Zener.

Aplicaciones del diodo Zener

Los siguientes son los usos del diodo Zener:

1) Diodo Zener como regulador de voltaje: el diodo Zener se utiliza como controlador de voltaje de derivación para administrar el voltaje en cargas pequeñas. El voltaje de ruptura de los diodos Zener será constante para una amplia gama de corriente. El diodo Zener está asociado al montón para hacer que cambie la predisposición y cuando el diodo Zener supere el voltaje de la rodilla, el voltaje en el montón se volverá constante.

2) Diodo Zener en protección contra sobrevoltaje: en el momento en que el voltaje de información es más alto que el voltaje de ruptura del Zener, el voltaje en la resistencia cae y provoca un cortocircuito. Esto se puede evitar utilizando el diodo Zener.

3) Diodo Zener en circuitos de recorte: el diodo Zener se utiliza para ajustar los circuitos de corte de forma de onda de CA al restringir las piezas de uno o ambos patrones de una forma de onda de CA.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Qué es el diodo Zener?

Responder:

Un diodo Zener, también llamado diodo de ruptura, es un dispositivo semiconductor intensamente dopado que está diseñado para funcionar de manera inversa. En el punto en que el voltaje a través de los terminales de un diodo Zener se invierte y el potencial llega al voltaje Zener (voltaje de rodilla), la intersección se separa y la corriente fluye en dirección opuesta. Este impacto se conoce como el Efecto Zener.

Pregunta 2: ¿Qué es la condición de polarización inversa?

Responder:

En el punto en que el tipo p está asociado con el terminal adverso de la batería y el tipo n está asociado con el lado positivo, se supone que la intersección pn es inversamente unilateral. Para esta situación, el campo eléctrico inherente y el campo eléctrico aplicado son similares. En el momento en que se suman los dos campos, el campo eléctrico resultante es similar al campo eléctrico subyacente, lo que crea un distrito de consumo más grueso y más resistivo. El local de consumo resulta ser más resistivo y más grueso si aumenta el voltaje aplicado.

Pregunta 3: ¿Qué es la ruptura de avalancha en el diodo Zener?

Responder: 

La ruptura de la avalancha ocurre tanto en el diodo ordinario como en el diodo Zener a un alto voltaje opuesto. Cuando se aplica un alto valor de voltaje opuesto a la intersección PN, los electrones libres adquieren suficiente energía y aceleran a altas velocidades. Estos electrones libres que se mueven a alta velocidad impactan en diferentes moléculas y eliminan más electrones. Debido a este impacto constante, se produce una enorme cantidad de electrones libres debido a que el flujo eléctrico en el diodo aumenta rápidamente. Esta expansión abrupta en el flujo eléctrico puede destruir para siempre el diodo ordinario, sin embargo, un diodo Zener está diseñado para funcionar bajo una ruptura de deslizamiento torrencial y puede soportar el pico inesperado de flujo. La ruptura del deslizamiento torrencial ocurre en los diodos Zener con voltaje Zener (Vz) más prominente que 6V.

Pregunta 4: ¿Cuál es la diferencia entre un diodo Zener y un diodo ordinario?

Responder:

El principal contraste entre un diodo Zener y un diodo ordinario radica en la entrada de corriente. Un diodo ordinario permite que la corriente fluya de una sola manera, mientras que el diodo Zener permite que la corriente fluya de dos maneras.

Pregunta 5: ¿Cuáles son las aplicaciones del diodo Zener?

Responder:

Las siguientes son las aplicaciones del diodo Zener:

1) diodo Zener como regulador de voltaje

2) Diodo Zener en protección contra sobretensiones.

3) Diodo Zener en circuitos de recorte

Pregunta 6: ¿Cómo funciona el diodo Zener en condiciones de polarización inversa?

Responder:

Un diodo Zener funciona en realidad como un diodo ordinario cuando es de un solo lado. No obstante, cuando se asocia el modo unilateral hacia atrás, una pequeña corriente de derrame se mueve a través del diodo. A medida que aumenta el voltaje opuesto al voltaje de ruptura predeterminado (Vz), la corriente comienza a circular a través del diodo. La corriente aumenta a un máximo, que es dictada por la resistencia en serie, luego de lo cual se equilibra y se mantiene constante en una amplia gama de voltaje aplicado.