≡En resumen
- Un diodo Zener trabaja al revés que un diodo normal: su zona útil es la ruptura en polarización inversa.
- En esa zona mantiene una tensión casi fija, la tensión Zener (Vz), aunque varíe la corriente que lo atraviesa.
- Siempre necesita una resistencia en serie que limite la corriente; sin ella se quema.
- Se usa como regulador de tensión sencillo, referencia de tensión, recortador de señales y protección contra picos.
- Para cargas grandes o reguladores precisos se prefieren reguladores integrados; el Zener sigue siendo ideal para referencias y protección.
01 ¿Qué es un diodo Zener?
Debe su nombre a Clarence Zener (1905-1993), físico estadounidense que en 1934, cuando investigaba en la Universidad de Bristol, describió teóricamente la ruptura eléctrica de los aislantes. Ese «efecto Zener» se aprovechó después para fabricar estos diodos. Su símbolo es el de un diodo normal (triángulo y barra), pero con la barra del cátodo doblada en forma de «Z».
Es uno de los componentes básicos del hardware electrónico: aparece en fuentes de alimentación, cargadores, placas de control, sensores y prácticamente cualquier circuito que necesite una tensión de referencia barata.
02 Cómo funciona un diodo Zener
Un diodo tiene dos formas de conectarse. En polarización directa (ánodo más positivo que cátodo) el Zener se comporta como cualquier diodo de silicio: conduce a partir de unos 0,6-0,7 V. En polarización inversa apenas deja pasar corriente hasta que la tensión llega a Vz; entonces entra en ruptura y conduce, pero la tensión en sus extremos casi no sube aunque la corriente aumente.
| Zona | Condición | Qué hace |
|---|---|---|
| Directa | Ánodo positivo respecto al cátodo | Conduce como un diodo normal, con una caída de unos 0,7 V |
| Inversa por debajo de Vz | Cátodo positivo, tensión menor que Vz | Casi no conduce: solo una pequeña corriente de fuga |
| Ruptura (zona Zener) | Cátodo positivo, tensión igual a Vz | Conduce y mantiene la tensión casi constante: es la zona de trabajo |
| Sobrecarga | Corriente por encima de la máxima (Izm) | Se calienta por encima de su potencia máxima y se destruye |
03 Parámetros clave de la hoja de datos
Para elegir un Zener no basta con la tensión. Estos son los datos que tienes que mirar en su hoja de características:
Vz (tensión Zener)
Tensión nominal de ruptura, medida a una corriente de prueba Izt. Se fabrica en valores normalizados: 3,3; 3,6; 3,9; 4,3; 4,7; 5,1; 5,6; 6,2 V…
Tolerancia
Cuánto puede variar Vz de una unidad a otra. En series como la 1N4728A-1N4761A es del ±5 %.
Potencia máxima (Pz)
Lo que puede disipar sin quemarse: habitualmente 0,5 W, 1 W o más. Determina la corriente máxima Izm.
Izt e Izk
Corriente de prueba a la que se especifica Vz y corriente mínima por debajo de la cual la regulación empeora.
Impedancia dinámica (Zzt)
Cuánto cambia la tensión al cambiar la corriente. Cuanto menor, mejor regula.
Según la hoja de datos de Vishay, el 1N4733A tiene una Vz nominal de 5,1 V medida a 49 mA, una impedancia dinámica máxima de 7 Ω a esa corriente y una corriente de regulación máxima de 178 mA. Va en encapsulado axial DO-41 y pertenece a la serie 1N4728A-1N4761A, de 3,3 a 75 V. Para montajes de baja potencia son habituales también las series de 0,5 W como BZX55 o BZX79.
04 Cómo calcular la resistencia de un diodo Zener
El montaje básico es el regulador Zener en paralelo (shunt): una resistencia en serie desde la entrada y el Zener en inversa entre la salida y masa, con la carga en paralelo con el Zener. La resistencia absorbe la diferencia de tensión y limita la corriente.
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1
Datos de partida
Tensión de entrada mínima (Vin), tensión que quieres a la salida (Vz) y corriente máxima de la carga (IL).
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2
Elige la corriente del Zener
Deja al Zener una corriente mínima holgada para que regule (por ejemplo, entre 5 y 10 mA en modelos pequeños).
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3
Calcula la resistencia
R = (Vin − Vz) / (IL + Iz). Redondea al valor comercial inferior más cercano.
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4
Comprueba la potencia del Zener
El peor caso es sin carga: toda la corriente pasa por el Zener. Pz = Vz × (Vin − Vz) / R debe quedar muy por debajo de su potencia máxima.
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5
Comprueba la potencia de la resistencia
PR = (Vin − Vz)² / R. Elige una resistencia que aguante al menos el doble.
Entrada de 12 V, Zener de 5,1 V (1N4733A) y una carga de 20 mA. Reservamos 10 mA para el Zener: R = (12 − 5,1) / 0,030 = 230 Ω, así que usamos 220 Ω. La corriente total será 6,9 / 220 ≈ 31 mA. Sin carga, el Zener disiparía 5,1 × 0,031 ≈ 0,16 W, muy lejos de su máximo. La resistencia disipa 6,9² / 220 ≈ 0,22 W: mejor una de 0,5 W.
05 Para qué sirve un diodo Zener: aplicaciones
Regulador de tensión sencillo
Alimenta cargas pequeñas con una tensión estable a partir de una fuente variable.
Referencia de tensión
Proporciona una tensión fija para comparadores, convertidores o reguladores con transistor.
Protección contra sobretensión
Limita picos en entradas de microcontroladores, sensores o líneas de datos.
Recortador de señales
Dos Zener enfrentados recortan los dos semiciclos de una señal a un nivel fijo.
Desplazador de nivel
Resta una tensión fija en cadenas de polarización o adaptaciones de nivel.
Generador de ruido
El ruido de la ruptura por avalancha se usa para generar números aleatorios o señales de prueba.
En proyectos de internet de las cosas, los Zener protegen las entradas de los sensores y los módulos de radio como Zigbee frente a picos de tensión. En esos equipos, que deben funcionar años a la intemperie, un diodo de protección de céntimos evita reparaciones costosas.
06 Diodo Zener vs diodo normal, TVS y regulador integrado
| Componente | Zona de trabajo | Uso principal | Cuándo elegirlo |
|---|---|---|---|
| Diodo rectificador (1N4007) | Directa; la ruptura inversa es un fallo | Rectificar corriente alterna | Fuentes, protección contra inversión de polaridad |
| Diodo Zener | Ruptura inversa controlada | Referencia y regulación de baja potencia | Cargas de pocos mA, referencias, protección sencilla |
| Diodo TVS | Ruptura inversa para picos breves | Absorber transitorios de mucha energía | Protección contra descargas y sobretensiones de red |
| Regulador lineal integrado | Circuito completo con realimentación | Alimentar cargas de cientos de mA | Cuando necesitas precisión y más corriente |
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Preguntas frecuentes sobre Diodo Zener (Zener diode)
Es un diodo diseñado para conducir en inversa a una tensión fija, la tensión Zener. Sirve para regular y fijar tensiones, como referencia y para proteger circuitos frente a sobretensiones.
Un diodo normal solo debe conducir en directa y su ruptura inversa lo daña. El Zener está fabricado para trabajar en esa ruptura inversa de forma controlada y estable.
En polarización inversa: el cátodo, marcado con una franja, hacia el positivo, y siempre con una resistencia en serie que limite la corriente.
Con R = (Vin − Vz) / (IL + Iz), donde IL es la corriente de la carga e Iz la corriente mínima que quieres dejar al Zener. Después compruebas la potencia del diodo y de la resistencia.
Es otro nombre del diodo Zener, habitual en documentación técnica en inglés y alemán.
Si se polariza en directa se comporta como un diodo normal y solo mantiene unos 0,7 V, así que no regula a su tensión Zener.
Los de alrededor de 5,6 V, porque en ellos los efectos Zener y avalancha, con coeficientes de temperatura opuestos, casi se compensan.
Fuentes consultadas
Sobre el autor
Germán Gutiérrez
Development Manager en appyweb
Dirige el equipo de desarrollo de appyweb: aplicaciones web y móviles, SaaS, integraciones y arquitectura de software.
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