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Teoría y operación del diodo Zener

 Teoría y operación del diodo Zener


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El diodo Zener utiliza la misma estructura básica que un diodo ordinario, pero el concepto de funcionamiento de los efectos de ruptura inversa normalmente no se desea ni se utiliza para el funcionamiento normal del diodo.

La estructura del diodo Zener está optimizada para garantizar el rendimiento requerido; esto conlleva algunas diferencias con la estructura de un diodo ordinario.

Teoría y operación del diodo Zener

Hay dos efectos que se pueden utilizar en diodos Zener. Uno se llama ruptura Zener y el otro, ionización por impacto o avalancha. El efecto Zener predomina por debajo de 5,5 voltios, mientras que la ionización por impacto es el efecto principal por encima de este voltaje.

Los dos efectos son totalmente diferentes, aunque producen efectos casi idénticos.

  • Efecto de descomposición Zener: El efecto de ruptura Zener es aquel por el que el diodo obtiene su nombre popular. Es el efecto túnel del efecto mecánico cuántico, pero cuando se aplica al diodo de referencia de voltaje, conserva el nombre Zener en honor al hombre que lo descubrió.

    En la mayoría de las condiciones, los electrones están contenidos dentro de los átomos de la red cristalina. En este estado se encuentran en lo que se denomina banda de valencia. Si se coloca un gran campo eléctrico a través del semiconductor, esto puede ser suficiente para sacar los electrones del átomo hacia lo que se llama banda de conducción. Cuando están libres del átomo son capaces de conducir electricidad, y esto da lugar al nombre de banda de conducción. Para que pasen de la banda de valencia a la banda de conducción, debe haber una cierta fuerza para liberarlos. Se encuentra que una vez que está presente un cierto nivel de campo eléctrico, una gran cantidad de electrones se liberan, lo que permite que la corriente comience a fluir repentinamente una vez que se alcanza un cierto voltaje inverso. El efecto Zener fue propuesto por primera vez por el Dr. Clarence Zener en 1934, de quien toma su nombre.

  • Ionización por impacto: La ionización por impacto es muy diferente a la ruptura de Zener y ocurre cuando un campo eléctrico alto está presente en un semiconductor. Los electrones son fuertemente atraídos y se mueven hacia el potencial positivo. En vista del alto campo eléctrico, su velocidad aumenta y, a menudo, estos electrones de alta energía chocan con la red de semiconductores.

    Cuando esto ocurre, se crea un par hueco-electrón. Este electrón recién creado se mueve hacia el voltaje positivo y se acelera bajo el campo eléctrico alto, y puede chocar con la red. El agujero, al estar cargado positivamente, se mueve en la dirección opuesta al electrón. Si el campo es lo suficientemente fuerte, se produce un número suficiente de colisiones para que se produzca un efecto conocido como colapso por avalancha. Esto sucede solo cuando se excede un campo específico, es decir, cuando se excede un cierto voltaje inverso para ese diodo, lo que lo hace conducir en la dirección inversa para un voltaje dado, justo lo que se requiere para un diodo de referencia de voltaje.

Los dos efectos de ruptura inversa en el diodo tienen características muy similares, pero no son iguales. En la mayoría de los casos, es posible ignorar la diferencia entre los dos efectos y usar un diodo de la misma manera.

Operación de diodos

Los efectos de conducción inversa, al igual que muchos otros aspectos de la tecnología de semiconductores, están sujetos a variaciones de temperatura. Se encuentra que la ionización por impacto y los efectos Zener tienen coeficientes de temperatura en direcciones opuestas. El efecto Zener que predomina por debajo de 5,5 voltios presenta un coeficiente de temperatura negativo. Sin embargo, el efecto de avalancha, que es el efecto principal por encima de 5,5 voltios, tiene un coeficiente de temperatura positivo.

Como resultado, los diodos Zener o diodos de referencia de voltaje con voltajes inversos de alrededor de 5,5 voltios donde los dos efectos ocurren casi por igual tienen el coeficiente de temperatura general más estable, ya que tienden a equilibrarse entre sí para un rendimiento óptimo.

El voltaje inverso real es repetible para un diodo dado y depende de la geometría interna y las características del diodo.

Diferencia entre funcionamiento de soporte y diodo Zener

Los diodos de referencia de voltaje Zener pueden funcionar en condición de ruptura inversa dentro de sus especificaciones de manera muy confiable. Si un diodo de unión PN convencional sufre una avería inversa, es muy probable que sufra daños irreparables.

Cuando se aplica un voltaje inverso a un diodo de unión PN convencional y se aumenta el voltaje, eventualmente se romperá y estará sujeto a una alta corriente debido a la ruptura de la avalancha. SI esta corriente no está limitada por los circuitos circundantes, es muy probable que el diodo se destruya debido al sobrecalentamiento.

Un diodo Zener exhibe casi las mismas propiedades, excepto que el dispositivo está especialmente diseñado para tener un voltaje de ruptura reducido. Además, la topología del diodo Zener o del diodo de referencia de voltaje está diseñada de manera que el diodo exhibe una ruptura controlada y permite que la corriente mantenga el voltaje a través del diodo Zener cerca del voltaje de ruptura.

Los diodos Zener se utilizan ampliamente para una gran cantidad de aplicaciones diferentes donde se necesita un voltaje estable. Aunque hay dos efectos que exhiben el voltaje de ruptura inversa estable, los diodos se conocen universalmente como diodos Zener.


Ver el vídeo: DIODO ZENER TEORIA BASICA (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Meliadus

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