¿Cuál es el motivo de una avería en el diodo Zener?

Una falla en un diodo Zener se refiere al funcionamiento intencional del diodo en su modo de polarización inversa, más allá de su voltaje de ruptura inversa. A diferencia de los diodos normales que están diseñados para soportar polarización inversa hasta cierto punto, los diodos Zener están diseñados específicamente para operar en la región de ruptura inversa, exhibiendo un comportamiento de ruptura controlado y predecible. Hay dos mecanismos principales responsables de la ruptura Zener: la ruptura Zener y la ruptura de avalancha.

1. Desglose Zener:

Operación: La ruptura Zener ocurre cuando un diodo Zener tiene polarización inversa y el voltaje a través de él excede el voltaje de ruptura Zener (��VZ).
Regulación de voltaje: Los diodos Zener se usan comúnmente para regular el voltaje. Cuando el voltaje a través del diodo excede ��VZ, la ruptura Zener permite que una corriente controlada fluya a través del diodo, manteniendo una caída de voltaje relativamente constante a través de él.

2. Desglose de avalancha:

Operación: La ruptura por avalancha ocurre en diodos Zener con voltajes inversos más altos más allá de la región de ruptura Zener.
Generación de portadora: bajo una alta polarización inversa, los electrones obtienen suficiente energía del campo eléctrico y chocan con los átomos en la red cristalina. Estas colisiones generan pares de electrones y huecos, lo que provoca un efecto de avalancha.

Razones de la avería del diodo Zener:

a. Exceso de tensión de ruptura inversa:

Operación intencional: Los diodos Zener están diseñados para funcionar más allá de su voltaje de ruptura inverso y sus características de ruptura se especifican en las hojas de datos. Si el voltaje inverso aplicado excede el voltaje de ruptura especificado, el diodo Zener ingresa a la región de ruptura.

b. Condiciones de dominación:

Disipación de potencia: Los diodos Zener tienen una clasificación máxima de disipación de potencia (�maxPmax). La disipación excesiva de energía, ya sea debido a una corriente o un voltaje elevados, puede hacer que el diodo exceda su clasificación máxima, lo que provocará una avería.

c. Efectos de la temperatura:

Dependencia de la temperatura: El voltaje de ruptura de los diodos Zener depende de la temperatura. Un aumento de temperatura puede cambiar el voltaje de ruptura. Por lo tanto, los diodos Zener se especifican con un coeficiente de temperatura para tener en cuenta esta variación.

d. Picos de tensión y transitorios:

Sobrevoltajes transitorios: Los picos de voltaje y los transitorios en un circuito pueden exceder momentáneamente el voltaje de ruptura Zener, lo que hace que el diodo entre en la región de ruptura. Se pueden utilizar supresores de voltaje transitorio junto con diodos Zener para proteger contra picos de voltaje.

mi. Variaciones de fabricación:

Tolerancia y variabilidad: Los diodos Zener, como cualquier dispositivo semiconductor, tienen tolerancias y variaciones de fabricación. En aplicaciones prácticas, pueden producirse variaciones en la tensión de ruptura debido a estos factores de fabricación.

Efectos de la avería:

a. Regulación de voltaje:

Salida de voltaje estable: Los diodos Zener se utilizan a menudo para fines de regulación de voltaje. La ruptura controlada les permite mantener una salida de voltaje estable a través de una carga.

b. Flujo actual:

Corriente controlada: Durante la ruptura Zener, una corriente controlada fluye a través del diodo. Esta corriente está limitada por la carga externa y la resistencia en serie (si está presente).

c. Uso en Referencias de Tensión:

Referencias de voltaje de precisión: los diodos Zener se utilizan en circuitos de referencia de voltaje, proporcionando una referencia de voltaje estable y bien definida para otros componentes del circuito.

d. Aplicaciones de protección:

Sujeción de tensión: los diodos Zener se emplean como dispositivos de sujeción de tensión en determinadas aplicaciones para limitar los niveles de tensión y proteger los componentes posteriores de condiciones de sobretensión.

En resumen, la ruptura de un diodo Zener es una operación controlada e intencional más allá de su voltaje de ruptura inverso. Esta característica se aprovecha para aplicaciones como regulación de voltaje, referencias de voltaje de precisión y protección contra picos de voltaje. Comprender los mecanismos de avería y las condiciones de funcionamiento es fundamental para diseñar circuitos que utilicen diodos Zener de forma eficaz.