Regulador ZENER. Teoría y conceptos.

PRINCIPIOS DE REGULACIÓN.

Cuando usamos fuentes de alimentación con diodos rectificadores, la salida de la tensión rectificada es de tipo pulsante continuada de nivel semi fijo. Me refiero a que es nivel semifijo porque las variaciones de tensión en la red eléctrica se aplicarán al circuito y la tensión de salida del rectificador variará según estás variaciones.

Podemos filtrar esa tensión pulsante gracias a la acción de los filtros pasa bajos, pero la salida seguirá teniendo unos niveles de tensión eléctrica que varían de acuerdo a imperfecciones de la red eléctrica.

Por lo que si queremos que la tensión en la salida del circuito sea estable, necesitaremos agregar otro dispositivo a la salida. Eso lo haremos con un diodo ZENER.

Utilizar un diodo ZENER como regulador de tensión nos proporciona una salida en el circuito rectificador más estable debido a que el diodo ZENER tiene una serie de características que lo hacen ideal para bloquear el exceso de tensión por su interior. Veamos como funciona.

FUNCIONAMIENTO DEL DIODO ZENER.

Un diodo Zener funciona de manera similar a cualquier otro diodo cuando se polariza directamente. Permite la conducción cuando se supera la tensión de conducción (que habitualmente en diodos de silicio es a partir de 0,6-0,7V).

Pero cuando se conecta de manera inversa, el Zener se comporta de manera diferente al resto de diodos. Aquí tengo que introducir el Efecto Avalancha.

Ya hemos hablado en otras entradas que a un diodo habitual si se le aplica una tensión inversa máxima, los portadores minoritarios se aceleran a suficiente velocidad como para producir una reacción en cadena haciendo que otros portadores minoritarios se desliguen de sus uniones eléctricas. Esto desencadena una gran corriente inversa que puede llegar a destruir el diodo.

En un diodo Zener la zona de deplexión se dopa fuertemente, con lo que la juntura se hace muy estrecha. Esto hace que el campo eléctrico entre los dipolos de la juntura sea muy intensa. A partir de los 300000V/cm, el campo eléctrico es lo suficientemente potente como para empujar los electrones fuera de sus orbitales de valencia. Esto es lo que se conoce como Efecto Zener.

Esto significa que a partir de cierto valor negativo, los electrones internos de los cristales del Zener, empezarán a conducir de manera inversa.

En la gráfica puedes ver la curva de entrada de un Zener. Polarizado directamente, el diodo Zener ofrece una curva habitual como cualquier otro diodo. Pero si se polariza inversamente, el diodo Zener no conduce hasta que alcanza la tensión de ruptura o tensión Zener.

TENSIONES A LA CARTA.

Modificando la zona de deplexión del diodo Zener se pueden conseguir diferentes tensiones Zener para cada diodo Zener, por lo que puedes encontrar tensiones Zener desde los 2,4V hasta los 75V y rangos mayores para diodos de potencia.

Existen varias series de diodos reguladores Zener como son la serie 1N4370 o la BZX55. En la imagen se puede ver un diodo de la última serie con una tensión Zener de 6,8V.

Este diodo tiene una tensión Zener de 6,8V es decir que a partir de esa tensión inversa, el diodo empieza a conducir.

En la anterior imagen se puede ver un circuito de una fuente de tensión conectado a una resistencia de fuente y un diodo Zener polarizado inversamente. El diodo tiene una tensión Zener de 6,8V, por lo que el circuito funciona ya que la tensión de la fuente es de mayor tensión que la tensión Zener. Si ponemos un amperímetro podemos ver como la corriente nos indica que el circuito está cerrado y por lo tanto el diodo Zener está conduciendo.

Todo esto implica que mientras la tensión de la fuente sea superior a la tensión Zener, el diodo permitirá el paso de corriente en sentido directo gracias al efecto Zener descrito anteriormente.

En dicho efecto, la corriente aumenta rápidamente por el interior del diodo mientras que mantiene prácticamente la tensión entre sus terminales.

Por lo que se puede decir que un circuito en el que se incluya como carga un diodo Zener, tendrá una salida constante sobre su carga ya que no variará dicha tensión aunque aumente la tensión de la fuente.

Y esto nos vale para hacer fuentes de tensión reguladas que mantengan su tensión a un nivel fijo, sin variaciones de tensión en la carga.

Eso si, como ya veremos en otras entradas, el diodo Zener se ha de configurar respecto a la carga del sistema para evitar que la carga influya sobre el diodo Zener (porque como cualquier otro diodo, el Zener también tiene una resistencia interna).

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