Diodos Zener: cómo hacer una referencia de tensión que funcione

Un diodo Zener conduce en inversa a partir de una tensión concreta y la mantiene bastante estable mientras circule corriente suficiente. Eso lo convierte en la forma más barata de tener una referencia de tensión, y también en la forma más fácil de montar algo que funciona en el banco y falla en el campo.

El montaje básico

Siempre es el mismo: fuente → resistencia serie → nodo de salida, y el Zener del nodo a masa en inversa (cátodo al positivo). La resistencia hace dos cosas a la vez: limita la corriente del Zener y absorbe la diferencia entre la entrada y la tensión de salida.

Cómo se calcula la resistencia

Necesitas cuatro datos: tensión de entrada mínima (V_in), tensión del Zener (V_Z), corriente máxima que va a pedir la carga (I_L) y la corriente mínima con la que el Zener se mantiene en su codo (I_Zmin, típicamente 5 mA).

R = (Vin(min) − VZ) / (IL(max) + IZmin)

Ejemplo: de 12 V quiero 5,1 V para alimentar algo que consume 10 mA. R = (12 − 5,1) / (0,010 + 0,005) = 460 Ω → valor normalizado 470 Ω.

Y ahora la parte que se olvida: el caso peor es con la carga desconectada. Entonces toda la corriente se va por el Zener: (12 − 5,1) / 470 = 14,7 mA, que a 5,1 V son 75 mW. Un Zener de 500 mW va sobrado. Si la cuenta te hubiera dado 400 mW, el de 500 mW estaría al límite y habría que subir a 1 W.

Lo que un Zener hace mal

• Corrientes altas. Por encima de unas decenas de miliamperios, la resistencia serie disipa una barbaridad y el rendimiento es ridículo. Ahí va un regulador.
• Carga variable. Si el consumo salta de 1 mA a 50 mA, la tensión se mueve: el Zener tiene una resistencia dinámica que no es cero.
• Precisión. La tolerancia habitual es del 5 %, y encima deriva con la temperatura: por debajo de 5 V el coeficiente es negativo y por encima, positivo. Los de 5,6 V son los más estables térmicamente, y por eso aparecen tanto en circuitos de referencia.
• Ruido. El Zener genera ruido de avalancha. En una etapa de audio o de instrumentación se oye o se mide.

Dónde sí es la pieza correcta

1. Recortar una tensión para proteger una entrada: dos Zener en antiparalelo limpian picos sin más electrónica.
2. Referencia para la base de un transistor en un regulador serie discreto.
3. Alimentar un circuito de consumo fijo y pequeño colgado de una tensión alta.
4. Detectar un umbral: por encima de X voltios, conduce y dispara algo.

Zener frente a TVS

Se parecen y no son lo mismo. Un TVS está diseñado para absorber transitorios de mucha energía durante microsegundos; un Zener, para trabajar de forma continua a poca potencia. Para proteger una entrada de las descargas o de los picos de una bobina, el componente correcto es el TVS.

La alternativa moderna

Si necesitas una referencia de verdad —precisión mejor del 1 % y poca deriva— existen referencias integradas como la TL431, que cuesta poco más que un Zener y se ajusta con dos resistencias. Y si lo que necesitas es alimentar algo, un regulador lineal o conmutado te dará mucha mejor regulación por un precio parecido.

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