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Diodo Zener

diodo zener

¿Se ha preguntado alguna vez por qué funciona un Zener en polarización inversa, a diferencia de los diodos normales que se operan en polarización directa? Esto se debe a que los diodos Zener están destinados a sufrir una “ruptura”. La mayoría de nosotros estamos familiarizados con los diodos rectificadores y de uso general. Sin embargo, hay otros tipos de diodos que están diseñados para fines especiales. Uno de ellos es el diodo Zener. Entonces, ¿Qué es un diodo Zener y en qué se diferencia de un diodo normal?

En este artículo, vamos a aprender la función de los diodos Zener junto con su construcción, funcionamiento y más.

¿Qué es un Diodo Zener?

Un diodo Zener, también conocido como diodo de ruptura, es un dispositivo semiconductor de silicio que permite que la corriente fluya no sólo en dirección directa como un típico diodo de silicio o germanio, sino también en dirección inversa si la tensión es mayor que la tensión de ruptura conocida como tensión Zener, llamada así por Clarence Melvin Zener, el descubridor de esta propiedad eléctrica.

En otras palabras, un diodo Zener se define como un dispositivo fuertemente dopado que esta diseñado para funcionar en dirección inversa cuando se alcanza una determinada tensión.

diodo zener simbolo

El símbolo esquemático de un diodo normal tiene una línea recta que representa el cátodo, mientras que el diodo Zener tiene una línea doblada que se parece a la letra Z (de Zener). Tiene mucho sentido, ¿verdad?

El diodo Zener tiene una tensión de ruptura inversa bien definida, a partir de la cual empieza a conducir la corriente, y sigue funcionando continuamente en modo de polarización inversa sin dañarse. Además, la caída de tensión a través del diodo permanece constante en un amplio rango de tensiones, una característica que hace que los diodos Zener sean adecuados para su uso en la regulación de voltaje.

¿Cómo Funciona un Diodo Zener?

Los diodos Zener funcionan como diodos normales cuando están en polarización directa, y tienen una tensión de activación de entre 0.3 y 0.7V. Sin embargo, están diseñados para permitir que la corriente fluya en sentido inverso una vez que la tensión inversa es igual a su Tensión Zener nominal. A diferencia de los diodos rectificadores ordinarios, que nunca están pensados para funcionar en la zona de ruptura o cerca de ella, un diodo Zener está diseñado para funcionar en la zona de ruptura. La ruptura de un diodo se produce cuando se aplica una tensión de polarización inversa a través del diodo.

diodo zener funcionamiento

Un diodo Zener que funciona en ruptura actúa como un regulador de tensión porque mantiene una tensión casi constante, que es igual a la tensión Zener, a través de sus terminales en un rango específico de valores de corriente inversa. Esta caída de tensión constante a través del diodo Zener producida por la ruptura inversa se representa con un símbolo de tensión continua.

Hay dos tipos de rupturas para un Diodo Zener:

  • Ruptura por Efecto Avalancha
  • Ruptura Zener

Ruptura por Avalancha en Diodo Zener

La ruptura por avalancha se produce tanto en el diodo normal como en el diodo Zener a una alta tensión inversa. Cuando se aplica un alto valor de tensión inversa a la unión PN, los electrones libres ganan suficiente energía y se aceleran a gran velocidad. Estos electrones libres que se mueven a gran velocidad colisionan con otros átomos y eliminan más electrones. Debido a esta colisión continua, se genera un gran número de electrones libres como resultado de la corriente eléctrica en el diodo aumenta rápidamente. Este aumento repentino de la corriente eléctrica puede destruir permanentemente el diodo normal, sin embargo, un diodo Zener está diseñado para operar bajo la ruptura por avalancha y puede sostener el pico repentino de corriente. La ruptura por avalancha se produce en los diodos Zener con una tensión Zener (Vz) superior a 6V.

Ruptura Zener

Cuando la tensión de polarización inversa aplicada se acerca a la tensión Zener, el campo eléctrico en la región de agotamiento se hace lo suficientemente fuerte como para sacar electrones de su banda de valencia. Los electrones de valencia que obtienen suficiente energía del fuerte campo eléctrico de la región de agotamiento se liberan del átomo padre. En la región de ruptura Zener, un pequeño aumento de la tensión provoca un rápido incremento de la corriente eléctrica.

Ruptura por Avalancha vs Ruptura Zener

  • El efecto Zener es dominante en tensiones de hasta 5.6 voltios y el efecto avalancha toma el relevo por encima de esa cifra.
  • Ambos son efectos similares, con la diferencia de que el efecto Zener es un fenómeno cuántico y el efecto avalancha es el movimiento de electrones en la banda de valencia como en cualquier corriente eléctrica.
  • El efecto de avalancha también permite una corriente mayor a través del diodo que la que permitiría una ruptura Zener.

Curva Característica del Diodo Zener

El siguiente diagrama muestra la curva característica I-V del diodo Zener:

diodo zener curva caracteristica

Las curva característica de un diodo Zener puede dividirse en dos partes:

  1. Polarización directa
  2. Polarización Inversa

Polarización Directa del Diodo Zener

El primer cuadrante del gráfico representa las polarización directa de un diodo Zener. A partir del gráfico, entendemos que es casi idéntico a la polarización directa de cualquier otro diodo de unión P-N.

Polarización Inversa del Diodo Zener

Cuando se aplica una tensión inversa a un Zener, inicialmente fluye una pequeña corriente de saturación inversa a través del diodo. Esta corriente se debe a los portadores minoritarios generados térmicamente. A medida que se aumenta la tensión inversa, en un determinado valor de tensión inversa, la corriente inversa aumenta de forma drástica y brusca. Esto es una indicación de que se ha producido la ruptura. A esto lo llamamos tensión de ruptura o tensión Zener y se denota por Vz.

Especificaciones del Diodo Zener

Para garantizar el correcto funcionamiento del diodo Zener en un circuito, debemos tener en cuenta estas importantes especificaciones.

  • Tensión Vz
    La tensión Zener se refiere a la tensión de ruptura inversa (de 2.4 V a unos 200 V; puede llegar hasta 1 kV, mientras que la máxima para dispositivos montados en superficie (SMD) es de unos 47 V).
  • Corriente Iz (máx.)
    Corriente máxima a la tensión nominal del Zener Vz, de 200 uA a 200 A).
  • Corriente Iz (mín.)
    Corriente mínima necesaria para que el diodo se rompa, 5 mA y 10 mA.
  • Potencia nominal
    La potencia máxima que puede disipar el diodo Zener; viene dada por el producto de la tensión a través del diodo y la corriente que fluye a través del mismo. Los valores típicos son 400 mW, 500 mW, 1 W y 5 W; para montaje en superficie, son típicos 200 mW, 350 mW, 500 mW y 1 W.
  • Tolerancia de tensión
    Normalmente ±5%.
  • Estabilidad de la temperatura
    Los diodos alrededor de 5 V tienen la mejor estabilidad.
  • Empaque
    Los diodos Zener se especifican en una variedad de empaques diferentes. La elección principal es entre los dispositivos de montaje superficial y los tradicionales con orificios pasantes. Sin embargo, el encapsulado elegido suele definir el nivel de disipación de calor del encapsulado.
  • Resistencia Zener (Rz)
    Es la resistencia que presenta el diodo Zener como se aprecia en las características I-V.

Aplicaciones del Diodo Zener

Los diodos Zener se utilizan para la regulación de la tensión, como elementos de referencia, supresores de sobretensiones, y en aplicaciones de conmutación y circuitos clipper.

Diodo Zener como Regulador de Voltaje

El diodo Zener se utiliza como regulador de voltaje en derivación para regular la tensión en cargas pequeñas. La tensión de ruptura de los diodos Zener será constante para un amplio rango de corriente. El diodo Zener se conecta en paralelo a la carga para que tenga un sesgo inverso y, una vez que el diodo Zener supera la tensión de ruptura, la tensión a través de la carga se vuelve constante.

Diodo Zener en la protección contra sobretensiones

Cuando la tensión de entrada es superior a la tensión de ruptura del Zener, la corriente fluye a través del diodo y crea una caída de tensión a través del resistor; esto dispara el SCR y crea un cortocircuito a tierra. El cortocircuito abre el fusible y desconecta la carga del suministro. Esto puede evitarse utilizando el diodo Zener.

Diodo Zener en Circuitos Recortadores

Los diodos Zener se utilizan para modificar o dar forma a los circuitos recortadores de forma de onda de CA. El circuito de recorte limita o recorta partes de uno o ambos semiciclos de una forma de onda de CA.


Y ya está. Espero que hayas aprendido algo de este tutorial sobre los diodos Zener y su funcionamiento. Si te ha parecido interesante o útil este tutorial, compártelo con tus amigos y si tienes alguna duda, déjala en los comentarios de abajo. ¡Nos vemos en nuestro próximo tutorial!

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