Diodo Schottky y Zener PDF

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Resumen del Diodo Zener y Schottky...

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGERIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD ZACATENCO

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA (ESIME)

INTEGRANTES: HERNANDEZ MARTINEZ HUGO GERARDO OLIVA LEÓN ÁNGEL ANTONIO REYES MARÍN MARIANA VALENCIA RODRÍGUEZ ITZEL MARISOL GRUPO:4AM3 PROFESOR: RODRÍGUEZ GALVAN JORGE

DIODO ZENER Y SCHOTTKY

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DIODO ZENER Los diodos Zener son diodos especialmente diseñados para trabajar en la zona de ruptura, comportándose en polarización directa como diodos rectificadores y en polarización inversa como referencias de voltaje. Su principal aplicación es en circuitos reguladores de voltaje ofreciendo referencias de voltajes muy estables para ser usado en fuentes de alimentación, voltímetros y muchos más instrumentos. La figura 1 muestra los símbolos utilizados en los esquemas electrónicos para representar un diodo Zener.

Ilustración 1 Símbolo del Diodo Zener

Los fabricantes entregan un numero de referencia, digamos 1N750 con el cual se puede buscar la hoja de especificaciones del dispositivo, los parámetros principales que se especifican para un diodo Zener son el voltaje de ruptura o Zener (Vz), la Corriente máxima soportada (Izmax) y la potencia máxima que pueden absorber en forma segura sin destruirse (Pz). Actualmente Variando el nivel de dopaje de los diodos de silicio, el fabricante puede producir diodos Zener con voltajes de ruptura que van desde 2 hasta 200 V.

CURVA CARACTERISTICA La representación gráfica del funcionamiento de un diodo Zener es llamada curva característica V-I (voltaje vs corriente).

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Ilustración 2 Curva caracteristica del Diodo Zener

Donde VF (forward) representa las condiciones en polarización directa VR (reverse) las condiciones en polarización inversa. VZ es el voltaje Zener

El Vz

En un diodo Zener polarizado inversamente la corriente inversa (I R) es prácticamente insignificante, hasta que el voltaje inverso (V R) alcanza un cierto valor Vz, llamado voltaje Zener o de referencia. Cuando se llega a este punto, el diodo entra en conducción, permitiendo la circulación de una corriente importante. A partir de entonces, la tensión entre sus terminales permanece prácticamente constante e igual a Vz para una amplia gama de valores de I R. Esta propiedad es la que permite utilizar los diodos Zener como reguladores de voltaje y/o referencias de tensión en un gran número de usos.

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL DIODO ZENER Un diodo Zener ideal polarizado en inversa es representado como una fuente de corriente continua (CC) indicando el valor del voltaje Zener ( Vz) que posee el

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dispositivo.

En la práctica el diodo Zener no es ideal, polarizado en inversa y al conducir en la zona de ruptura tiene una impedancia (Zz) por esto el circuito equivalente aproximado tiene una resistencia en serie con la fuente CC.

Ilustración 3 (a) Diodo Zener Ideal (b) Diodo Zener en la práctica.

La consecuencia de dicha impedancia se nota en la pequeña variación que existe del voltaje Zener (∆Vz) cuando cambia la corriente Zener ( ∆Iz). Dicha variación hace que la curva de funcionamiento real de un diodo Zener no sea una línea totalmente vertical.

Ilustración 4 Curva real de un Diodo Zener

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Izmin: Es la corriente mínima necesitada para que el diodo Zener entre en conducción polarizado en inversa. Izmax: Es la máxima corriente soportada por el diodo Zener antes de destruirse.

APLICACIONES DEL DIODO ZENER REGULADOR DE TENSIÓN Al ser Zener un elemento tan preciso, una de sus principales aplicaciones es como regulador de tensión, conseguir un voltaje exacto, que alimenta a un determinado componente considerado como una resistencia de carga. La condición de funcionamiento correcto es que la tensión de la fuente en ningún momento sea menor a V Z . El voltaje regulado cobre el circuito es V Z . El cálculo del circuito consiste en conocer el valor adecuado de R, como dato se requiere el valor de la fuente, se selecciona una corriente para el Zener menor que su corriente máxima, se calcula o mide la corriente que consume el circuito cuando se le aplica la tensión del diodo Zener ( V Z ¿ .

Ilustración 5 Regulador de Tensión

MODIFICADOR DE SEÑALES El corriente alterna también se puede utilizar un diodo Zener. Se puede utilizar para limitar el picco de la tensión de salida a la tensión zener en un lado y la tensión umbral en el otro semiciclo de la onda.

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Ilustración 6 Modificador de señales (1 diodo)

Durante el ciclo positivo, una vez que la tensión de entrada alcanza el valor de la tensión zner, la tensión de salida es constante durante un cierto tiempo hasta que la tensión comienza a disminuir, durante el ciclo negativo el diodo Zener se encuentra en polarización directa y por lo tanto trabaja como un diodo de silicio normal consumiendo solamente 0.7V. Si colocamos dos diodos Zener opuestos en serie, se podrá obtener una señal recortada a V Z en ambos semiciclos de la onda.

Ilustración 7 Modificador de señales (2 diodos)

PROTECCIÓN Para este caso, el diodo Zener se coloca en paralelo con el circuito que se desea proteger, si la tensión de la fuente crece superando la tensión del Zener el diodo conduce y no deja que la tensión que llega al circuito sea mayor a la tensión del Zener.

Ilustración 8 Protección

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EJEMPLO a) Un diodo zener que disipa una Pmáx = 0.2 W, regula a 5 V desde una IZmín = 5 mA. Se pretende construir un regulador de 5 V que regule desde I L = 0 hasta el valor máximo de IL. Suponiendo una vi = 20 V. Determinar el valor de la Resistencia, su potencia y la ILmáx.

Solución: Primeramente calcularemos los puntos límite de ruptura del diodo zener:

Si la RL está en vacío, por la R va el máximo valor de la intensidad por el zener (IZmáx = 40 mA). Para calcular el valor máximo de la intensidad por la carga, vemos que por el zener la I Lmín = 5 mA y como hemos dicho que el valor máximo por R son 40 mA, entonces por la carga el máximo valor que irá será: I Lmáx = 35 mA. Ahora calcularemos los valores de la resistencia (R), la tensión por la resistencia (VR) y la potencia por la resistencia (PR).

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b) Suponiendo que se mantiene la R del apartado a) y que la R L es cte y de valor 200 W, hallar el valor máximo y mínimo de la tensión de entrada para que el circuito regule bien. Solución:

Para calcular los valores máximo y mínimo de la tensión de entrada tengo que estar en los puntos límite del circuito.

Con lo que tenemos un rizado a la entrada entre esos 2 valores.

DIODO SCHOTTKY Este diodo, también llamado diodo de barrera, es un dispositivo con una caída de voltaje muy pequeña de entre 0.25 V y 0.3 V. A diferencia de los diodos semiconductores normales como el de silicio o germanio que tienen una unión PN, este diodo tiene una unión Metal-N donde la parte metálica será el ánodo y la parte N será el cátodo, esto le permite al diodo que su conmutación sea muy rápida. Es preciso comentar que este diodo es más cercano a un diodo ideal que a un diodo semiconductor común. Su símbolo es el siguiente:

Ilustración 9 Símbolo del diodo Schottky. Se muestra el ánodo a la entrada de éste y el cátodo a la salida

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Este diodo, a diferencia de los demás, tiene un funcionamiento distinto, debido a que opera a muy bajas tensiones, éste no puede operar en circuitos donde se requiera potencia. Esto implica que no cumple con el funcionamiento de ser un diodo rectificador ya que tiene poca capacidad de conducción de corriente en polarización directa, por lo que, si se aplican corrientes altas, el dispositivo se puede dañar. Sin embargo, este diodo tiene aplicaciones en un sector donde se requiera velocidad de conmutación alta y una pérdida energía muy escasa, por lo que se pueden encontrar en: 

Fuentes de baja tensión en la cuales las caídas en los rectificadores son significativas.



Circuitos de alta velocidad, como los que se encuentran en las computadoras o circuitos integrados, generalmente se encuentran en electrodomésticos digitales.



Variadores de alta gama para que la corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por el transistor del freno y este no pierda sus facultades.

FUNCIONAMIENTO: Como ya fue mencionado anteriormente, este diodo tiene una unión Metal-N, generalmente la parte metálica está hecha de aluminio o platino, por lo que es un dispositivo semiconductor "portador mayoritario". Esto significa que, si el cuerpo semiconductor está dopado con impurezas tipo N, solamente los portadores tipo N (electrones móviles) desempeñarán un papel significativo en la operación del diodo y no se realizará la recombinación aleatoria y lenta de portadores tipo N y P que tiene lugar en los diodos rectificadores normales, con lo que la operación del dispositivo será mucho más rápida. Esto lo podremos analizar en las curvas características de este mismo diodo.

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Ilustración 10 Curva característica

Ilustración 11 Composición del diodo Schottky

La curva característica del diodo nos proporciona información gráfica que describe los visto anteriormente, tal como es que tiene tensiones umbral muy bajas (0.2 V). También se entiende que su función no puede ser la de un rectificador, sino como la de un conmutador o como se le conoce, un diodo de barrera.

BIBLIOGRAFIA [1] Boylestad, Robert L. y Nashelsky, Louis, “Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos”, PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009. https://unahll.files.wordpress.com/2015/05/electrc3b3nica-teorc3ada-de-circuitos-y-dispositivoselectrc3b3nicos_10ed-boylestad.pdf...