La avería de un diodo Zener se produce debido a un proceso llamado avería Zener o avería por avalancha. Este fenómeno ocurre cuando el voltaje de polarización inversa aplicado a través del diodo Zener excede su voltaje de ruptura (también conocido como voltaje Zener). Bajo funcionamiento normal en la región de polarización inversa, fluye una pequeña corriente inversa debido a los portadores minoritarios en el diodo. Sin embargo, a medida que el voltaje de polarización inversa aumenta y alcanza el umbral de voltaje Zener, el campo eléctrico a través de la región de agotamiento se vuelve lo suficientemente fuerte como para provocar la generación de pares electrón-hueco mediante ionización por impacto. Este aumento repentino de portadores conduce a un aumento significativo de la corriente a través del diodo, lo que le permite conducir fuertemente en la dirección inversa sin sufrir daños. Esta ruptura controlada se utiliza en circuitos de protección y regulación de voltaje.
La razón principal de la región de ruptura en un diodo, incluidos los diodos Zener, es la generación de pares electrón-hueco mediante ionización por impacto cuando el voltaje de polarización inversa excede un valor crítico. En el modo normal de polarización directa, los diodos conducen corriente permitiendo que los portadores mayoritarios (electrones de tipo N y huecos de tipo P) se muevan a través de la unión. Sin embargo, en polarización inversa, existe una pequeña corriente de fuga debido a portadores minoritarios. Cuando el voltaje de polarización inversa aumenta más allá de un cierto umbral (voltaje Zener para diodos Zener), el campo eléctrico a través de la unión se vuelve lo suficientemente fuerte como para ionizar los átomos en la región de agotamiento. Esta ionización crea portadores de carga adicionales, lo que provoca un aumento repentino en el flujo de corriente a través del diodo, conocido como corriente de ruptura. Comprender este mecanismo de ruptura es esencial para diseñar circuitos que utilizan diodos en configuraciones de polarización directa e inversa.
El potencial de ruptura de un diodo Zener se refiere a su voltaje Zener, que es un parámetro crítico que define la región de ruptura inversa del diodo. Los diodos Zener están especialmente diseñados para funcionar en esta región de ruptura sin sufrir daños permanentes. El potencial de ruptura, o voltaje Zener, generalmente se especifica en las hojas de datos y determina el voltaje al cual el diodo comienza a conducir fuertemente en la dirección de polarización inversa. Esta característica hace que los diodos Zener sean valiosos para la regulación y protección de voltaje en circuitos electrónicos donde mantener un voltaje estable es crucial. Al seleccionar diodos Zener con potenciales de ruptura adecuados, los diseñadores pueden garantizar un funcionamiento confiable y protección contra picos o fluctuaciones de voltaje.
Si bien los diodos Zener están diseñados para resistir y operar dentro de su región de ruptura, potencialmente pueden fallar en condiciones extremas. La corriente excesiva a través del diodo durante la avería, la exposición prolongada a altas temperaturas o el exceso de voltaje máximo pueden provocar daños permanentes o fallas en el diodo Zener. Es importante cumplir con las especificaciones del fabricante con respecto a la corriente máxima, la disipación de potencia y los valores nominales de temperatura para evitar fallas en el diodo Zener. Además, la incorporación de resistencias limitadoras de corriente y disipadores de calor adecuadas en los diseños de circuitos puede mejorar la confiabilidad y longevidad de los diodos Zener en aplicaciones que requieren regulación de voltaje y supresión de transitorios.
El fenómeno de ruptura de un diodo, incluida la ruptura Zener, ocurre cuando el voltaje de polarización inversa aplicado a través del diodo excede un valor crítico conocido como voltaje de ruptura. En el caso de los diodos Zener, la ruptura se produce debido a la ionización por impacto dentro de la región de agotamiento de la unión del diodo. En condiciones de polarización inversa, fluye una pequeña corriente de fuga debido a los portadores minoritarios. Cuando el voltaje de polarización inversa alcanza el umbral de voltaje Zener, el campo eléctrico a través de la región de agotamiento se vuelve lo suficientemente fuerte como para ionizar átomos, generando pares electrón-hueco. Este proceso de ionización conduce a un rápido aumento de la corriente a través del diodo, lo que le permite conducir fuertemente en la dirección inversa mientras se mantiene la regulación del voltaje. El fenómeno de ruptura es fundamental para el funcionamiento de los diodos Zener en circuitos de regulación de voltaje, dispositivos de protección contra sobretensiones y otras aplicaciones que requieren un control preciso sobre los niveles de voltaje y la supresión de transitorios.
