Principios de electrónica, 7ma Edición - Albero Malvino

138 Capítulo 5
Tabla 5.1 Cómo analizar un regulador zener con carga
Proceso
Comentario
Paso 1 Calcular la corriente serie, Ecuación (5.3) Aplicación de la ley de Ohm a R S
Paso 2 Calcular la tensión en la carga, Ecuación (5.4) La tensión en la carga es igual a la tensión del diodo
Paso 3 Calcular la corriente por la carga, Ecuación (5.5) Aplicación de la ley de Ohm a R L
Paso 4 Calcular la corriente del zener, Ecuación (5.6) Aplicación de la ley de las corrientes al diodo
Efecto zener
La Tabla 5.1 resume los pasos que hay que seguir en el análisis de un regulador zener con car ga. En primer
lugar, se calcula la corriente serie, después la tensión y la corriente en la carga y, por último, la corriente del zener.
INFORMACIÓN ÚTIL
Para tensiones de zener comprendidas
entre, aproximadamente, 3 y 8 V, el
coeficiente de temperatura también se
ve fuertemente afectado por la
corriente inversa del diodo. El coeficiente
de temperatura se hace más
positivo a medida que la corriente
aumenta.
Cuando la tensión de disrupción es mayor que 6 V, la causa de la disrupción es el efecto de avalancha, como hemos
visto en el Capítulo 2. La idea básica es que los portadores minoritarios son acelerados a velocidades lo suficientemente
altas como para desligar a otros portadores minoritarios, produciendo un efecto en cadena o de avalancha
que da lugar a una corriente inversa elevada.
El efecto zener es diferente. Cuando un diodo está fuertemente dopado, la zona de deplexión se hace muy estrecha.
Debido a esto, el campo eléctrico en la zona de deplexión (la tensión dividida entre la distancia) es muy intenso.
Cuando la intensidad del campo alcanza aproximadamente los 300.000
V/cm, el campo es lo suficiente intenso como para hacer que los electrones salgan
de sus orbitales de valencia. La creación de este modo de electrones libres
se conoce como efecto zener (también denominado emisión por campo intenso).
Esto es muy distinto al efecto de avalancha, que depende de la velocidad
de los portadores minoritarios para desligar a los electrones de valencia.
Cuando la tensión de disrupción es menor que 4 V, sólo tiene lugar el efecto
zener. Cuando la tensión de disrupción es mayor que 6 V, sólo se produce el
efecto de avalancha y, cuando la tensión de disrupción toma valores comprendidos
entre 4 y 6 V, aparecen ambos efectos.
El efecto zener se descubrió antes que el efecto de avalancha, razón por la
que todos los diodos utilizados en la región de disrupción se conocen como diodos
zener. Aunque ocasionalmente haya oído emplear el término diodo de avalancha,
el nombre de diodo zener es de uso general para todos los diodos de
disrupción.
Coeficientes de temperatura
INFORMACIÓN ÚTIL
En aplicaciones en las que se requiere
una tensión de referencia extremadamente
estable, se conecta un diodo
zener en serie con uno o más diodos
semiconductores cuyas caídas de tensión
varían con la temperatura en sentido
contrario al que varía V Z . El resultado es
que V Z permanece muy estable, incluso
aunque la temperatura pueda variar en
un amplio rango.
Cuando la temperatura ambiente varía, la tensión del zener también varía ligeramente.
En las hojas de características, el efecto de la temperatura se indica
como el coeficiente de temperatura, que se define como la variación de la
tensión de disrupción por grado que aumenta la temperatura. El coeficiente de
temperatura es negativo para las tensiones de disrupción menores que 4 V
(efecto zener). Por ejemplo, un diodo zener con una tensión de disrupción de
3,9 V puede tener un coeficiente de temperatura de 1,4 mV/°C. Si la temperatura
aumenta en 1°, la tensión de disrupción disminuye 1,4 mV.
Por otro lado, el coeficiente de temperatura es positivo para tensiones de
disrupción mayores que 6 V (efecto de avalancha). Por ejemplo, un diodo
zener con una tensión de disrupción de 6,2 V puede tener un coeficiente de
temperatura de 2 mV/°C. Si la temperatura aumenta en 1°, la tensión de disrupción
aumenta en 2 mV.
Entre 4 y 6 V, el coeficiente de temperatura pasa de negativo a positivo. En
otras palabras, existen diodos zener con tensiones de disrupción entre 4 y 6 V