11.7 : Modelado de características inversas de diodos

En los circuitos electrónicos, las configuraciones de diodos con polarización inversa son fundamentales para regular los niveles de voltaje. Los diodos Zener aprovechan el fenómeno de ruptura inversa y exhiben una ruptura controlada a un voltaje Zener específico (V_Z). Están diseñados para mantener un voltaje constante en sus terminales y se usan comúnmente para regular el voltaje en circuitos.

Cuando un voltaje inverso aplicado a un diodo Zener excede su voltaje de ruptura, el diodo ingresa a la región de ruptura. En este punto, la curva característica corriente-voltaje (I-V) del diodo es efectivamente vertical para corrientes por encima de un cierto umbral, conocido como corriente de rodilla (I_Z).

La ley de voltaje de Kirchhoff facilita proporcionar una relación matemática entre el voltaje de la fuente, la caída de voltaje del diodo y la corriente del diodo que se representa gráficamente mediante la línea de carga e indica todos los puntos de equilibrio posibles para el diodo en el circuito. La intersección de la línea de carga con la curva característica del diodo indica el punto de funcionamiento estacionario Q.

En corrientes por encima de la rodilla, el voltaje del diodo Zener permanece estable y cambia poco con nuevos aumentos de corriente. Esta estabilidad es consecuencia de la resistencia incremental del diodo, definida como el recíproco de la pendiente de la curva en el punto de operación. Por tanto, la variación de voltaje a través del diodo es proporcional a la resistencia incremental y a la corriente que excede la corriente de rodilla. La capacidad del diodo Zener para mantener un voltaje constante en un rango de corrientes lo hace invaluable para crear voltajes de referencia estables y proteger circuitos contra condiciones de sobrevoltaje.

Los fabricantes proporcionan el voltaje de ruptura inverso, la corriente de rodilla, la resistencia incremental y la potencia nominal de los diodos Zener. La potencia nominal permite estimar la corriente máxima posible que puede fluir a través del diodo Zener sin dañarlo.