11.4 : Diodos Zener

Los diodos Zener son dispositivos semiconductores especializados diseñados para funcionar en la región de ruptura inversa, donde permiten que la corriente fluya hacia el cátodo, haciéndolo positivo en relación con el ánodo. Esta operación inversa distingue a los diodos Zener de los diodos convencionales y permite su uso en diversas aplicaciones, sobre todo como reguladores de voltaje. Una de las características que define a los diodos Zener es su curva característica I-V (corriente-voltaje) casi vertical por encima de un cierto umbral de corriente, conocida como corriente de rodilla, que permite al diodo Zener mantener un voltaje relativamente estable en una amplia gama de corrientes.

Los fabricantes especifican la disipación de potencia máxima de un diodo Zener y su voltaje Zener en una corriente de prueba específica. El voltaje Zener, que puede variar desde unos pocos voltios hasta varios cientos de voltios, varía ligeramente con los cambios de corriente. Esta variación se debe a la resistencia dinámica del diodo, definida como la inversa de la pendiente de su curva I-V en la región operativa. Una resistencia dinámica baja es crucial para mantener la estabilidad del voltaje en corrientes variables, lo que mejora la efectividad del diodo Zener en aplicaciones de regulación de voltaje.

Sin embargo, es importante evitar operar diodos Zener en regiones de baja corriente donde su resistencia dinámica aumenta significativamente, ya que esto puede provocar inestabilidad en el voltaje regulado. La dependencia de la temperatura del voltaje Zener es otro factor crítico, ya que el coeficiente de temperatura (expresado en milivoltios por grado Celsius) indica cómo cambia el voltaje con la temperatura. Los diodos Zener de bajo voltaje generalmente exhiben coeficientes de temperatura negativos, mientras que los diodos de alto voltaje tienen coeficientes positivos. Para aplicaciones que requieren un voltaje de referencia estable con una influencia mínima de la temperatura, se puede emparejar un diodo Zener con un coeficiente de temperatura positivo en serie con un diodo conductor directo, compensando efectivamente las variaciones de temperatura.