Circuitos de electrónica básica: El diodo Zener

El diodo Zener debe su nombre al físico estadounidense Clarence Melvin Zener.

Se trata de un diodo de silicio muy dopado, con muchas impurezas, fabricado para que sea capaz de soportar corrientes inversas de valor significativo sin dañarse.

Los diodos Zener, al igual que los diodos rectificadores normales, pueden funcionar en polarización directa y se comportan como un diodo normal:

Cuando se llega a los 0.7 v, ambos diodos dejan pasar la corriente.

Sin embargo, cuando trabajan en polarización inversa, ninguno de los 2 diodos deja pasar la corriente ...

... hasta que se sobrepasa un valor de tensión inversa determinado. Entonces, el diodo rectificador se rompe irreversiblemente (tensión de ruptura) y deja pasar la corriente sin ninguna oposición (avalancha).

Con el diodo Zener ocurre lo mismo, cuando se sobrepasa un valor determinado de tensión inversa también deja pasar la corriente; pero en este caso el Zener no se destruye. Si volvemos a valores de tensión inversa más bajos, el diodo Zener deja de conducir y si volvemos a pasar de los 0,7 v en polarización directa, deja pasar la corriente como lo haría un diodo rectificador normal no dañado.

Si nos fijamos en la curva en polarización inversa, podemos ver que sobrepasado el valor determinado de tensión (Tensión Zener - Vz), la corriente puede aumentar mucho sin que la tensión varíe en exceso. Esta es la característica diferenciadora de este tipo de diodo, que por mucho que variemos la tensión de la fuente de alimentación y la corriente en inversa, el Zener siempre va a mantener el mismo voltaje entre sus terminales. Debido a ello, estos dispositivos se usan en polarización inversa para mantener constante una tensión predeterminada sin dañarse; por ejemplo, en las fuente de tensión.

Claro que esto está limitado, al igual que en el resto de dispositivos electrónicos, a la capacidad disipadora de potencia del dispositivo.

Los diodos Zener se fabrican para trabajar con tensiones Zener que van desde los 2 hasta los 200 voltios:

Kit de 300 diodos Zener de 0.5 w con tensiones desde los 2 a los 39 v

Podemos determinar la curva característica de un diodo Zener mediante un análisis I/V en el simulador.

Para ello elegimos el Zener a estudiar, en este caso el BZX55C5V6 y conectamos su cátodo a tierra. Añadimos el analizador I/V y lo conectamos de la forma como se muestra:

Damos valores de tensión desde -11 a + 3 voltios en incrementos de 10 mV y pulsamos "ON", mostrándose la curva característica en la pantalla del analizador I/V.

En el botón "Grapher" podemos modificar los parámetros de la gráfica y ver mejor la relación intensidad / Voltaje:

Se puede observar que la curva en sus extremos no es completamente vertical, como lo sería en un Zener ideal, sino que tiene cierta pendiente. Esto es debido a la resistencia interna dinámica del dispositivo (Resistencia Zener - Rz).

Si nos fijamos en el lado izquierdo de la curva, el que se corresponde con la polarización inversa, podemos ver que tiene una parte prácticamente horizontal, un codo y una parte casi vertical. En la porción a la derecha del codo, la prácticamente horizontal con escasa pendiente, la resistencia es muy alta; sin embargo, en la casi vertical con gran pendiente (a la izquierda del codo) la resistencia del Zener es muy baja.

Esto es debido a que Rz es la inversa de la pendiente de la curva y varía dependiendo de en qué zona de la curva nos encontremos.

Por lo tanto: