2016495 Informe Laboratorio N° 5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Facultad de Ingeniería. Electrónica Análoga.
1
Diodo zener y fuentes reguladas
Boyacá. Yeison; Rosas. Jhonatan; Sierra, Michel.
[email protected]; [email protected]; [email protected]
Abstract — Zener diode as electronic element
presents a variation of other elements used up to
now in the practices, the diode is a nonlinear
semiconductor element. The zener diode presents
a great difference in comparison with the other
ones because it works in the inverse polarization.
For the development of the practice, diode is
used in various circuits of analogue electronics and
where they usually are located because the
functionality that comply on these circuits, keep
the voltage constant at its output terminals.
Along the document will see: through graphics
and simulations, the function of a diode inside
circuits such as regulated sources and DC
regulated sources by this type of diodes.
Key words — Diode, Rectifier, Variable resistor,
Tolerance, Zener.
Resumen — El diodo zener como elemento
electrónico presenta una variación del resto de
elementos utilizados en las prácticas; el diodo es
un elemento semiconductor no lineal. El zener
presenta una diferencia más notoria respecto a los
otros diodos este se polariza inversamente, es decir
que funciona cuando el cátodo tiene una tensión
positiva.
Para el desarrollo de la práctica se utilizará el
diodo en varios circuitos comunes de electrónica
análoga y donde generalmente se localizan debido
a la funcionalidad que cumplen en estos circuitos,
como es mantener la tensión constante en sus
terminales de salida.
A lo largo del documento podrá observar
mediante gráficas y simulaciones la función de un
diodo zener dentro de circuitos como: fuentes
reguladas y fuentes DC reguladas por este tipo de
diodos.
I.
Introducción
E
L diodo zener como elemento no lineal posee
una característica que lo hace muy útil, este tipo
de diodo funciona en polarización inversa, es decir
sus terminales están conectados en configuración
contraria respecto a un diodo normal. En esta
oportunidad se maneja el zener gracias a las
características que este posee y que llegan a ser útiles
en circuitos comunes de electrónica analógica,
características como mantener una tensión de salida
casi constante, un mejor rendimiento en cuanto a
potencia, costo y demás implicaciones de un circuito,
realizando una comparación respecto a otros
elementos en una configuración específica para
estabilizar una salida tal caso como resistencias y
diodos normales.
Las aplicaciones del diodo zener tienen
múltiples utilidades, mediante las dos aplicaciones:
fuente regulada y fuente DC regulada por zener, se
observara como se pueden manipular señales
generalmente
sinusoidales
acompañados
de
resistencias y condensadores, para obtener una salida
mucho más estable.
II. Marco teórico
1.
Diodo zener
Diodo zener: el diodo zener es un diodo que está
diseñado para mantener una tensión constante en sus
terminales, llamado tensión zener 𝑉𝑍 cuando este se
polariza inversamente [1]
Palabras clave —Diodo, Rectificador, Resistencia
dinámica, Tolerancia, Zener.
Figura 1, símbolo del diodo zener [2]
2
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La peculiaridad en el funcionamiento del diodo
zener ocurre cuando este esta polarizado
inversamente, es decir el cátodo está a una tensión
positiva y el ánodo a una tensión negativa; cuando
esto ocurre y se iguala o sobrepasa 𝑉𝑍 el diodo
conduce y mantiene una tensión constante igual a
𝑉𝑍 .[1]
c)
2.
La potencia nominal 𝑃𝑍 que puede disipar el
diodo zener, debe ser mayor que la máxima
que este va a soportar en el circuito (del
orden de dos veces mayor). [4]
Diodo zener como regulador de tensión
El diodo zener se puede utilizar como un
regulador de una fuente de tensión, para esto se debe
tener en cuenta la potencia máxima que puede disipar
𝑃𝑍𝑚á𝑥 y la corriente 𝐼𝑍𝑚á𝑥 que soporta el diodo antes
de dejar de funcionar, con estos datos obtenidos se
puede conectar la fuente junto con el diodo zener y
convertir el circuito en un regulador de tensión.
Figura 2, curva característica del diodo zener [3]
En las especificaciones del fabricante, se dan la
tensión 𝑉𝑍 y la potencia 𝑃𝑍 , para los cuales está
diseñado el diodo, estos dos aspectos son los tenidos
en cuenta para saber que diodo zener utilizar
dependiendo del circuito al cual se quiere integrar
este elemento.
Para encontrar la corriente máxima que soporta
el diodo zener se utiliza la ley de ohm, los valores
incluidos en esta ecuación son los especificados por
el fabricante, esto se observa en la ecuación 1
𝑃
𝐼𝑍𝑀á𝑥 = 𝑉𝑧
Para el cálculo de 𝐼𝑍𝑚í𝑛 , se debe tener en cuenta
si la resistencia de drenaje es variable o fija, en el caso
de que la resistencia sea fija, el valor de 𝐼𝑍𝑚í𝑛 se halla
como se muestra en la ecuación 2
𝑉𝑆𝑚á𝑥 − 𝑉𝑍
𝑅𝐿 +𝑅𝑆
(2)
Cuando se utiliza un diodo zener en un circuito
se debe tener en cuenta ciertas consideraciones (estas
consideraciones se pueden encontrar en la hoja de
características suministrada por el fabricante):
a)
𝑅𝑆 =
𝑉𝑆 −𝑉𝑍
𝐼𝐿 +𝐼𝑍
(3)
Donde 𝑅𝑆 es la resistencia de drenaje, 𝑉𝑆 la
tensión de la fuente, 𝑉𝑍 la tensión del diodo zener, 𝐼𝑍
la corriente por el diodo y 𝐼𝐿 la corriente por la carga,
cuando se desea analizar el circuito sin ponerle carga,
la corriente de carga se debe asumir como cero.
(1)
𝑧
𝐼𝑍𝑚í𝑛 =
Para el regulador de tensión con un diodo zener
se asocia siempre el termino de resistencia de drenaje,
la cual se encarga de moderar la corriente que va a
circular por el diodo, el cálculo de esta resistencia está
relacionado directamente con la diferencia de tensión
en sus terminales e inversamente con la corriente que
pasa por el diodo, el cálculo de la resistencia de
drenaje se representa en la ecuación 3
Para el correcto funcionamiento por el diodo
zener, debe circular una corriente inversa
mayor o igual a 𝐼𝑍𝑚í𝑛
b) La corriente inversa máxima que circule por
el diodo zener, debe ser menor que 𝐼𝑍𝑚á𝑥
III. Metodología
 Para poder desarrollar la práctica número 5, se
realizaron las debidas consultas para familiarizarse
con los términos y elementos a conocer.
 Buscando la facilidad de llevar a término la
práctica, se realizaron tanto las simulaciones como
los montajes de los diferentes circuitos propuestos
en la guía.
 La práctica estaba diseñada para realizarse en tres
partes, consistía en las mediciones de tensiones de
los circuitos montados y diseñados previamente a la
clase.
 El desarrollo de la práctica requirió de los siguientes
materiales:
o 1 Osciloscopio de 2 Canales.
o 2 Multímetros digitales.
o 1 Fuente DC.
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o 3 Sondas.
o Fusibles de 1 A.
o Portafusibles.
o Conectores caimán- caimán.
o Conectores banana-caimán.
o Diodos 1N4004, 1N4036, 1N4732A,
1N4733A, 1N4740.
o Resistencias de 50 Ω, 82 Ω, 120 Ω, 150 Ω y
560 Ω.
o Potenciómetro de 500Ω y 1k Ω.
o Condensador de 4700 µF a 50 V.
o Transformador con tap central y salidas de 6V,
con corriente no mayor a 1A.
 Se comenzó con el circuito para caracterizar el
diodo Zener, el cual consistía en una fuente DC de
un valor de 18.7 V conectada en serie con un
potenciómetro de 1 kΩ, una resistencia de 82 Ω y
un diodo Zener de 6.7 V (1N4036); se tomaron 10
mediciones de la tensión y corriente del diodo
variando el valor del potenciómetro, luego se
procedió a dibujar una gráfica (VD VS ID) con los
datos obtenidos anteriormente y por último se
calcula el valor de la resistencia dinámica del diodo
en IZ0.
 Luego seguimos con el segundo circuito (fuente
regulada por diodo Zener con variación en la carga)
el cual consta de una fuente de 20 V conectada en
serie con una resistencia de 120Ω y en paralelo con
el diodo Zener (1N4733A) y con una carga
(compuesta por una resistencia de 50Ω en serie con
un potenciómetro de 500Ω); se procede a tomar las
mediciones de tensión en la carga así como la
corriente que suministra la fuente y la que llega a la
carga cuando el valor de la carga es 50Ω y 550Ω,
luego de eso se procede a comparar los resultados
conseguidos con los obtenidos analíticamente.
 El tercer circuito (fuente regulada por diodo Zener
con variación en la tensión de entrada) está
compuesto por una fuente variable de 16v-25v
conectada en serie con una resistencia de 120Ω y en
paralelo con un diodo Zener (1N4732A) y con una
carga (compuesta de una resistencia de 150Ω); se
dispone a tomar las mediciones de tensión en la
carga y la entrada así como la corriente que
suministra la fuente y la que llega a la carga, luego
3
de eso los datos que se obtuvieron se comparan con
los de las simulaciones
 El cuarto circuito (Fuente de alimentación DC
regulada por diodo Zener) es una fuente de señal
sinodal de 115VRMS conectada a un transformador
de relación (10:1), esta va conectada a un puente de
diodos que rectifica la señal, tiene en paralelo un
condensador de 4700 µF y en la salida una
resistencia de 50Ω o 100Ω, un diodo (1N4740) y la
carga (que puede ser de 150Ω o 560Ω), se procede
a medir la tensión en la entrada y salida del
transformador, en la salida del puente rectificador y
en la salida de la fuente así como la corriente que
entrega la fuente, luego se compara con los
resultados obtenidos analíticamente.
 En esta parte del procedimiento (mediciones) se
tomaron evidencias (datos) de las salidas para
demostrar que se verificaron cada uno de los
montajes.
IV. Circuitos
Características del diodo zener:
Simulación
Para el diseño de la figura, se tuvieron en cuenta
algunos parámetros consignados en el Datasheet del
Diodo Zener 1N4736A, como son:






IZK = 1mA(Corriente Mínima)
VZ = 6.8 V (Voltaje Zener)
PD = 1W (Potencia disipada)
IMÁX = PD / VZ = 147 mA (Corriente
máxima)
IZT = 37 mA (Corriente de test)
RZ = 3.5 Ω
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Tenemos que el voltaje del zener en el punto
es:
𝑉𝑧𝑜 = 𝑉𝑧 − 𝑅𝑧 ∗ 𝐼𝑍𝑇 = 6,8𝑉 − 3,5Ω(37𝑚𝐴)
𝑉𝑧𝑜 = 6,67 𝑉
𝑉𝑆 = 𝑉𝑍 + 12𝑉 = 6,8𝑉 + 12𝑉 = 18,8 𝑉
Simulación con potenciómetro mínima resistencia
Ahora calculamos el valor de la resistencia y lo
normalizamos para efectos del montaje
𝑅𝑆 =
𝑉𝑆 − 𝑉𝑂
𝐼𝑍𝑚𝑎𝑥
18.8𝑉 − 6.8𝑉
𝑅𝑆 =
0.147 𝐴
𝑅𝑆 = 81.6Ω
La resistencia normalizada se tendría de 100Ω
𝐼𝑍𝑚𝑎𝑥 =
𝐼𝑍𝑚𝑎𝑥 =
𝑃𝑍
𝑉𝑍
1𝑊
6.8 𝑉
𝐼𝑍𝑚𝑎𝑥 = 0.147 𝐴
𝐼𝐿 =0
𝑉𝑆 = (𝐼𝐿 + 𝐼𝑍 ) ∗ 𝑅𝑆 + 𝑉𝑍
𝑉𝑆 = 𝑉𝑍
𝑉𝑆𝑀𝑖𝑛 = 6.8 𝑉
𝑉𝑆𝑚𝑎𝑥 = 18.8 𝑣
Para la variación y la mayor resistencia del
potenciómetro se obtuvo:
Para el diseño del circuito de esta parte de la práctica
se nos pedía, Calcular R1 y seleccionar un diodo
zener adecuado para un regulador, que permita
mantener un voltaje de salida de 5.1 V cuando la
resistencia variable fuera de 0 hasta 500Ω, con una
tensión de entrada fija de 20 V.
Para lo anterior se escogió un Diodo Zener 1N4733A,
que según la información del Datasheet se tiene que:






IZK = 1mA(Corriente Mínima)
VZ = 5.1 V (Voltaje Zener)
PD = 1W (Potencia disipada)
IMÁX = PD / VZ = 196 mA (Corriente
máxima)
IZT = 49 mA (Corriente de test)
RZ = 7 Ω
Usando un 60% de IZmáx para los cálculos tenemos:
(60% * 196mA= 117.65mA)
𝐼𝑅𝑆 = 𝐼𝑍𝑇 + 𝐼𝐿 = 9𝑚𝐴 + 117,65𝑚𝐴 = 126,65𝑚𝐴
𝑉𝑅𝑆 = 𝑉𝐿 − 𝑉𝑍 = 20𝑉 − 5,1 𝑉 = 14,9 𝑉
𝑅𝑆 =
𝑉𝑅𝑆
14,9 𝑉
=
= 117,64𝛺
𝐼𝑅𝑆 126,65𝑚𝐴
Normalizada sería una resistencia de 120Ω
𝑃𝑅𝑆 = 14,9𝑉 ∗ 126,65𝑚𝐴 ≈ 2 𝑊
𝑉𝑍 ∗ 𝑅𝑆 595,272
=
≈ 40𝛺
𝑉𝑖 − 𝑉𝑍
14,9 𝑉
𝑉𝑍 2
(5,1𝑉)2
𝑃𝑅𝐿𝑚í𝑛 =
=
= 650 𝑚𝑊
𝑅𝐿𝑚í𝑛
40𝛺
𝑉𝑅𝐿𝑚í𝑛 5,1 𝑉
𝐼𝑅𝐿𝑚í𝑛 =
=
= 127,6 𝑚𝐴
𝑅𝐿𝑚í𝑛
40𝛺
𝑉𝑍 5,1 𝑉
𝑅𝐿𝑚á𝑥 =
=
≈ 567𝛺
𝐼𝐿 9 𝑚𝐴
𝑃𝑅𝐿𝑚á𝑥 = 𝐼𝑅 ∗ 𝑉𝐿 = 9𝑚𝐴 ∗ 5,1 𝑉 = 45,9 𝑚𝑊
𝑅𝐿𝑚í𝑛 =
Simulación con potenciómetro máxima resistencia
Parte Fuentes reguladas
I, Fuente regulada con variación de carga
Por lo tanto para la resistencia máxima en el
potenciómetro tenemos la siguiente respuesta:
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Normalizada la resistencia se tienen dos valores 120Ω
y/o 150Ω
Simulación con potenciómetro máxima resistencia
II, Fuente regulada con variación de tensión
𝑃𝑅𝑚í𝑛 =
(19,8𝑉)2
𝑉𝑍 2
=
= 3,1 𝑊
𝑅𝑚í𝑛
120𝛺
𝑃𝑅𝑚í𝑛 =
𝑉𝑍 2
(19,8𝑉)2
=
= 2,5 𝑊
𝑅𝑚í𝑛
150𝛺
Por lo tanto para la resistencia elegida es de
150Ω gracias a que su potencia es más baja respecto
a la de 120Ω.
Simulación con tensión mínima 16V
Para el diseño del circuito de esta parte de la
práctica se nos pedía, diseñar un regulador que
permitiera mantener la tensión de salida en 4,7V con
una variación en la tensión de entrada entre 16V y
25V.
Para lo anterior se escogió un Diodo Zener 1N4732A,
que según la información del Datasheet se tiene que:






IZK = 1mA(Corriente Mínima)
VZ = 4.7 V (Voltaje Zener)
PD = 1W (Potencia disipada)
IMÁX = PD / VZ = 213 mA (Corriente
máxima)
IZT = 53 mA (Corriente de test)
RZ = 8 Ω
𝐼𝑅𝐿 =
𝑉𝑍 4,7 𝑉
=
= 31,33 𝑚𝐴
𝑅𝐿 150𝛺
𝑃𝑅𝐿 = 4,7𝑉 ∗ 31,33𝑚𝐴 ≈ 147,25 𝑚𝑊
Por último se nos pide que implementemos y
probemos una fuente de alimentación DC regulada
por diodo zener con las siguientes especificaciones:

Conexión a la red eléctrica domestica de
110VRMS ≤ Vp ≤ 120VRMS

Tensión de suministro Vo = 10V DC. con
una tolerancia inferior al 5%

Suministrar hasta IO
continua.

24𝑉 − 4,7𝑉
= 79𝛺
212,77𝑚𝐴 + 31,33𝑚𝐴


𝑉𝑖𝑚í𝑛 − 𝑉𝑍
𝐼𝑍𝑚í𝑛 + 𝐼𝐿𝑚á𝑥
15 𝑉 − 4,7𝑉
= 195,8𝛺
27,277𝑚𝐴 + 31,33𝑚𝐴
=
70mA de manera
Para cumplir con esto se da un plano electrónico de
como debiera quedar el circuito, para el cual se
necesitaran los siguientes elementos:


𝑅𝑚á𝑥 =
𝑅𝑚í𝑛 =
Fuente DC Regulada por zener
𝑉𝑖𝑚á𝑥 − 𝑉𝑍
𝐼𝑍𝑚á𝑥 + 𝐼𝐿𝑚í𝑛
𝑅𝑚í𝑛 =
𝑅𝑚í𝑛 =
Simulación con tensión máxima 25V
Transformador de: Entrada 115VAC 50/60
Hz con Salida de 12 - 0 - 12 VAC
4 Diodos 1N4004
Condensador de buena capacitancia por
ejemplo 4700uF
Diodo Zener 1N4740.
Resistencia 50ohm a 2W
Estos elementos son escogidos por:

Transformador: para bajar la tensión de la
red eléctrica domestica de 110-120VAC a
uno más cercano al valor de voltaje deseado
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10VDC, en este caso será un voltaje de salida
de 12VAC.


4 Diodos 1N4004: Estos son los diodos para
crear un puente rectificador y poder hacer la
conversión de voltaje AC a DC
Condensador de 4700uF: Este es utilizado
para eliminar la tensión de rizado que se
genera en la rectificación de la señal
sinusoidal que nos entrega el transformador
a 12VDC. Y es de este valor porque Se sabe
que el voltaje pico (Vp) de una división del
devanado central es 12 menos el voltaje de
los dos diodos del puente rectificador
(0.7 + 0.7 = 1.4V), a una frecuencia f de
60Hz, una resistencia R de 200Ω, y
suponiendo que se quiere un voltaje de
rizado Vr inferior a 0.5 V que es la tolerancia
del 5 por ciento del voltaje exigido, el valor
C del condensador bajo estas condiciones es:
𝐶=
6
Normalizada es una resistencia de 56Ω a 1W
Para las demás condiciones se tiene que:
RL =
10V
0,07 A
= 143Ω (Normalizada 150Ω)
Para las otras dos condiciones se tiene que realizar un
cambio en la resistencia de 56Ω por una de 100Ω a la
misma potencia para que el diodo zener no termine
viéndose afectado por el paso de corriente que pasaría
con la resistencia de 56Ω, así se tendría que la
segunda condición nos da una resistencia de
aproximadamente 500Ω (Normalizada 560Ω) y la
otra debe ser una resistencia grande, por la escala de
los kΩ.
𝑉𝑃
12 ∗ 2 − 1,4
=
𝑉𝑟 ∗ 𝑅 ∗ 𝑓
0,5 ∗ 60 ∗ 200
𝐶 = 2595µ𝐹
Lo que nos dice que un condensador de
4700µF será más que suficiente.

Simulación fuente DC con zener y 70mA de salida
Diodo zener 1N4740A, se escogió un diodo
con la siguiente información (obtenida del
DataSheet):
o IZK = 0,25 mA (Corriente Mínima)
o VZ = 10 V (Voltaje Zener)
o PD = 1W (Potencia disipada)
o IMÁX = PD / VZ = 100 mA
(Corriente máxima)
o IZT = 25 mA (Corriente de test)
o RZ = 7 Ω
Simulación fuente DC con zener y 20mA de salida
Ahora para determinar el valor de las resistencias
determinamos VDC:
12√2 − 1,4
𝑉𝐷𝐶 =
= 15,57𝑉
𝜋
Ahora el valor de la resistencia será:
𝑅=
𝑉𝐷𝐶 − 𝑉𝑍
15,57𝑉 − 10𝑉
=
= 58,9𝛺
𝐼𝑍 + 𝐼𝑅𝐿
25𝑚𝐴 + 70𝑚𝐴
𝑃=
𝑉 2 (15,57 − 10)2
=
= 0,62 𝑊
𝑅
56
Simulación fuente DC con 0A de salida.
7
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V. Tablas y resultados
Caracterización del diodo zener
Tras realizar la variación de la resistencia en el
potenciómetro y realizar la medición de VD e ID los
datos obtenidos fueron:
RPOTENCIÓMETRO (Ω)
2,4
130,6
197,5
311,6
431,8
560
617
694
760
911
1000
VD (V)
7,12
6,78
6,71
6,66
6,63
6,62
6,60
6,587
6,580
6,570
6,573
ID (mA)
122,2
49,5
40,3
29,48
22,69
18,52
17,10
15,49
14,25
12,17
11,16
200
150
Tensión
(V)
T. entrada
multímetro
(V)
T. Salida
(V)
Corriente
entrada
(mA)
Corriente
salida
(mA)
16
25
16,21
25,29
4,851
4,945
91,1
161,6
31,13
31,63
Fuente DC Regulada por zener

Tensión de entrada al transformador:
175,78V (Voltaje pico)

Tensión de salida del transformador: 14,22V

Tensión de salida del puente rectificador:
16,52V

Tensión de salida de la fuente:
o Parte I: 9,60V
o Parte II: 10,3V
o Parte III: 19,72V

Corriente suministrada por la fuente:
o Parte I: 67,5 mA
o Parte II: 18,97 mA
o Parte III: 0,1 mA
100
ID (mA)
50
0
6,4 VD (V) 6,6
6,8
7
Gráfica 1, Curva característica diodo zener
7,2
Se observa trazando la curva tangente al punto
Iz = 37mA que el punto de intersección con el eje x
(Vo) es 6,7V, con dicho valor se calcula la resistencia
dinámica la cual da como resultado 2,8Ω.
Gráfica 2, Tensión de salida fuente de alimentación
DC regulada por Zener parte I
Fuentes reguladas
Variación de carga
RPOT (Ω)
Tensión
salida (V)
0
500
5,227
5,095
Corriente
de fuente
(mA)
116,7
151,8
Corriente
de carga
(mA)
28,47
9,49
Gráfica 3, Tensión de salida fuente de alimentación
DC regulada por Zener parte II
Variación de tensión
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Gráfica 4, Tensión de salida fuente de alimentación
DC regulada por Zener parte III
Los resultados obtenidos se evidenciaron muy
cercanos a los de las simulaciones, se evidencio
pequeñas diferencias que pueden deberse a las
condiciones a las que se encontraban sometidos los
diferentes circuitos especialmente los elementos
como el diodo zener, el cual es muy sensible con la
temperatura. Los valores de la curva característica da
un poco desfasada y su aproximación muestra
tocando muy pocos puntos esto se debe a que en
medio de la práctica el multímetro fallo en
mediciones. Además es importante reconocer la
característica que se obtuvo en las fuentes DC
reguladas con diodo zener al obtener un valor de
rizado muy cercano a cero, hecho que permite obtener
una salida constante y con eficiencia alta.
VI. Respuestas a las preguntas
sugeridas
protección, circuito recortador, anti paralelo y
regulador de tensión E.O. Para efectos de esta
práctica el diodo zener se utilizó como regulador de
tensión ya que independientemente de la variación de
la corriente en el circuito, el diodo zener tendía a
mantener una tensión constante. Este se utiliza
básicamente en esta aplicación debido a sus
propiedades en la zona de ruptura las cuales se puede
aproximar a una fuente de tensión con una salida
VOUT=VZ. También se puede También se puede
utilizar como elemento de protección de un circuito
conectándolo en paralelo al circuito a proteger, pues
el diodo limita la entrada de voltaje al valor de VZ; sin
embargo, se debe tener en cuenta que el voltaje de
entrada no sea mayor que VZ para evitar dañar el
zener.
Para implementar un divisor de tensión regulado,
¿Cuál de las dos topologías presentadas en la figura
resulta mejor? Considere los siguientes escenarios y
necesidades:
a.
¿Qué nivel de tolerancia le otorgaría a cada uno de
los diodos utilizados?
El nivel de tolerancia que le otorgamos a los
zener trabajados en la práctica está dado por el error
porcentual de los voltajes de salida para los cambios
en el circuito, pero como estos errores no son más
grandes que los mostrados en el data chip de los
componentes el valor de tolerancia será definido por
el mismo data chip. Se le deben otorga niveles de
tolerancia del orden del pico-amperio (± 1 pA) ya que
la corriente máxima que puede circular por los diodos
elegidos es del orden de los 0.147 A, si la tolerancia
del diodo Zener está en el orden del miliamperio se
correrá el riesgo de quemar el diodo.
¿Qué aplicaciones prácticas tiene el diodo zener?
El diodo zener tiene en general muchas
aplicaciones prácticas, como lo son: elemento de
8
La salida del divisor debe tener una tensión
constante con solo un 5% de tolerancia, si la
tensión de entrada no es constante y posee
variaciones cercanas al 20%
Para este primer ítem el circuito que más se
acopla a las necesidades requeridas, es el circuito que
contiene el diodo zener, ya que este mantendrá la
tensión constante entre sus terminales siempre y
cuando la variación de los valores de tensión no sean
menores que 𝑉𝑍 , ni la corriente que circule por el
diodo sea mayor a 𝐼𝑍𝑚á𝑥 , para así garantizar que el
diodo conduzca.
b.
Economía
Por economía se debe implementar el primer
circuito, o el circuito con las dos resistencias y el
capacitor, ya que, las resistencias tiene menor valor
económico que los diodos zener, en teoría este
circuito funciona muy parecido al circuito donde
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aparece el diodo zener, sus diferencias yacen en que
si la tensión de entrada no es constante, la tensión de
salida verá pequeñas variaciones debidas a la carga y
descarga del capacitor sumado a eso las variaciones
de tensión en la resistencia en paralelo con el
capacitor, cabe destacar que la diferencia de costos no
es muy elevada por lo que si se prefiere una inversión
mayor se puede obtener mejores resultados al
considerar las ventajas que ofrece este tipo de diodos.
9
3. Como la fuente no es ideal algo normal y natural
es que la tensión de salida disminuya un poco
conforme a la carga va aumentando, o sea a
mayor demanda de corriente de la carga por
aumento de esta la fuente sufrirá una pequeña
caída de tensión.
VIII. Publicaciones
c.
Eficiencia energética (potencia)
En el caso de la potencia se podrá asegurar que el
circuito con el diodo zener resulta mejor debido a que
el diodo zener puede soportar una mayor potencia
comparada con una resistencia aclarando que existe
la limitación de que el valor de dicha potencia no debe
sobrepasar el valor de la impedancia del diodo zener.
d.
Mejor funcionamiento independiente de la
frecuencia de la señal de entrada.
El circuito que mejor funciona independiente de la
frecuencia de la señal de entrada es el circuito que
contiene al diodo zener, ya que, recordando las
características del diodo, siempre y cuando en la
corriente que circula por el diodo zener se cumpla la
siguiente desigualdad 𝐼𝑍𝑚í𝑛 ≤ 𝐼𝑍 ≤ 𝐼𝑍𝑚á𝑥 el diodo
conducirá y la tensión en sus terminales será
constante, además el capacitor en paralelo con el
diodo se cargará constantemente otorgando así una
señal de salida con una muy buena aproximación en
DC (valor de rizado bajo).
VII. Conclusiones
1.
Observamos
experimentalmente
la
característica del diodo zener que permite
mantener un voltaje casi fijo a pesar de las
grandes variaciones en la resistencia de carga o
el voltaje de entrada, lo cual ayuda en la etapa
de regulación de señales en los circuitos.
2.
Por medio del diodo zener en la etapa de
regulación se elimina de forma eficiente el
rizado de la señal obtenido después de la etapa
de filtro conformada por el condensador.
Este informe se encuentra publicado en la página
web: http://tatanrosas.jimdo.com/unal/publicaciones
IX. Referencias
[1] Teoría del funcionamiento del diodo zener; SDA;
SFP;
http://www.areatecnologia.com/electronica/diod
o-zener.html
[2] Imagen
obtenida
de:
http://troncosfamily2o.blogspot.com.co/2015/03
/caracteristicas-de-los-componenetes.html
[3] Imagen
obtenida
de:
http://proton.ucting.udg.mx/materias/tecnologia/
Dispositivos.htm
[4] Resumen
de
las
características
de
funcionamiento del diodo zener; SDA; SFP;
http://proton.ucting.udg.mx/materias/tecnologia/
Dispositivos.htm