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Calculo de resistencias limitadoras y diodo zener
La formula para el calculo de una resistencia limitadora es en general.
R =(vcc-vL)/IL
Donde:
R es la el valor de la resistencia buscada en ohm.
Vcc es el voltaje con que se alimenta el circuito, es decir el de la fuente.
VL es el voltaje del dispositivo que queremos poner a funcional .
IL es la corriente de consumo del dispositivo que pondremos a funcional.
Veamos ejemplos.
Calculemos la resistencia limitadora para un diodo led convencional.
El volteje del diodo led convencional ronde de 2 a 2.5v max, en ese rango el diodo
enciende. y la corriente de consumo realmente depende del color pero se puede
tomar 0.02A como valor promedio para todos ..
Si queremos conectar el diodo a una fuente de 12v la resistencia necesaria seria.
R=(12v-2.5v)0.02 =475 ohm ; posiblemente no encontremos este valor en el mercado
entonces podemos usar una de480ohm .
La potencia que disipara la resistencia en el circuito será:
P=IL x (Vcc – vL)
Para nuestro ejemplo será de :
P= 0.02A x (12v-2.5v)= 0.19w , debemos poner una que tenga al menos el doble de la
potencia disipada para que no se queme , de esta forma la resistencia trabaja al 50% de
su potencia total , para nuestro caso ; 0.19 x 2 =0.38w , la mas cerca recomendable es
de 0.5w. Pues si se elegir una de 0.25w estaría por debajo y muy próximo el valor de
disipación ya calculado y esta se quemaría luego de un tiempo trabajando de forma
corrida.
Aquí en montaje :
Calculemos una resistencia limitadora para un ventilador o abanico de pc , que
tiene las especificaciones siguientes :
V=12v, I= 0.14 A y se conectara a una fuente de 18v.
Tenemos que vcc = 18v , IL=0.14 A , VL=12v .
R = (18v-12v )/0.14 A =42.8 podemos decir 43 ohm .
Y la potencia disipada será.
P = 0.14 A X (18v – 12v) =0.84 w ; la resistencia a instalar debe ser de 0.84 w x 2 =
1.68w , pero en el mercado la encontramos de 2w ,
Aquí el montaje.
Analicemos que es lo que sucede en el circuito al colocar la resistencia limitadora.
Recordemos que por definición de resistencia esta matemáticamente la podemos definir
relacionando la corriente que circula un componente con el voltaje aplicado en sus
extremos de la manera siguiente.
R = V/I .
Al efectuar la resta en la expresión dada Vcc- VL , lo que encontramos es el voltaje que
queremos recaiga en la resistencia ya que nuestro dispositivo que queremos conectar no
la soportaría ,
Como la resistencia limitadora se conecta en serie con el dispositivo la corriente que le
circula a los dos es la misma y es justo la que consuma el dispositivo conectado, es decir
sea en nuestro ejemplo la de el diodo led o el ventilador .
Ya teniendo todo eso podemos usar la formula R = V / I para calcular la resistencia
necesaria pero hacemos una formula y lo ponemos todo hay como lo hicimos en los
primeros ejemplos y listo todo de un solo paso.
Es decir que lo que provocamos es que el voltaje se distribuya entre el dispositivo
conectado y la resistencia limitadora.
Resistencia limitadora para diodo zener.
Algo que no se puede quedar es calcular la resistencia limitadora para un diodo zener que
son diodo utilizados para regular el voltaje en fuentes de alimentación.
El símbolo del diodo zener es :
El diodo tipo zener se coloca polarizado en inversa en la fuente y este solo conduce
cundo se a superado la tensión de ruptura , que es la tensión a la que dicho diodo regula ,
es decir , que es la tensión que mantendrá en sus terminales .
Además del voltaje al que regula el zener hay que conocer la potencia máxima que este
puede disipar y con ello sabremos la corriente máxima que puede soportar el diodo zener
.
La corriente la conseguimos dividiendo la potencia entre el voltaje del diodo zener , Iz
=Pz /Vz.
Para calcular la resistencia limitadora tenemos que conocer el voltaje máximo de la
fuente y tomarlo como vcc , o bien el vcc de la fuente y conociendo la corrirnte y voltaje
del zener podemos usar la formula ya dada para calcular dicha resistencia .
Ejmplo . si la fuente tiene un voltaje vcc= 12v ,y se dese colocar un diodo zener para
regular la tensión y este es de 9.1v y 1w . ¿ Cual es la resistencia ?.
Veamos:
Iz =1/9.1 =0.10 A .
R = (12v – 9.1v )/0.10 = 29 ohm . y la potencia disipada max por la resistencia será
: (12v -9.1v ) X0.10 =0.29w , podemos poner una de 0.5w , pues es la potencia comercial
mas cercana ..
Para este caso mt1 suponemos es un pequeño motor de cd player que es de 9.1v y es
para el que estamos estabilizando el circuito , fijarse que el zener se coloca en paralelo
con el elemento que protege o al que le regula la tensión , mientras R1 es la resistencia
calculada necesaria .
Consideraciones un poco mas reales para el calculo con zener
Ahora bien ¿que hay que tomar en cuenta para elegir la potencia de la resistencia
limitadora del zener?
Para el caso del ejemplo anterior hay un problema y es que si calculamos el circuito con la
corriente del zener estamos pasando por alto la corriente que demanda la carga que es el
pequeño motor para nuestro caso y que también pasa por la resistencia que estamos
calculando , por tanto al conectar todo como lo hemos calculado , sucede que la tensión o
voltaje será inferior a los 9.1v que teníamos previsto , además estaríamos obligando el
zener a disipar máxima potencia de forma inmediata cuando se retire del circuito el
elemento de carga que es el pequeño motor en nuestro caso, por tanto yo sugiero tomar
los medidas siguientes..
Calcular la resistencia limitadora no con la corriente del zener sino con la corriente que
requiere la carga y usamos claro la tensión del zener que es igual a la de la carga, puesto
están en paralelo.
Si suponemos que el motor nos consume una corriente de 0.08 A .
La resistencia será para el mismo circuito.
R = (12v-9.1v)/0.08 =36 ohm.
Potencia disipada por la resistencia es: P= 0.08 A x (12v-9.1v) =0.23w que la sugerida
seria 0.23 x 2 = 0.46w esto es una de 0.5w.
Eligiendo la potencia del zener
Ahora necesitamos saber que si el motor no esta conectado toda la corriente pasara por
el zener esto implica que el zener debe poder soportar igual corriente que el elemento de
consumo y realmente debe elegirse que soporte un poco más ya que si este se quema
podría dejar desprotegido dicho elemento
La potencia disipada por el zener seria 0.08 A x 9.1v =0.73w, esta es cuando el motor
este desconectado, pues será menos cuando este trabajando el motor. Pero en el
mercado encontraremos el zener de 1watt que seria el que instalaríamos en un circuito
como el de la figura.
Bien hagamos un razonamiento lógico del problema, sabemos que la potencia disipada
por el zener es de0.73w esto cuando el motor no esta y para ese momento la resistencia
disipa 0.23w, pero la potencia disipada por el zener y la carga es la misma para nuestro
caso.Lo importante es que el zener pueda resistir el voltaje en caso de que el elemento de
carga se retire del circuito manteniendo la regulación del punto, pues si nos tocara
repararlo y quitamos el elemento para verificación y el zener no es capaz de soportar
esto termina quemándose y eso no debe pasar.
¿Podríamos elegir un zener de menos potencia que el elemento de consumo ?
De poder se puede pero sucede que para ese caso nunca se debe dejar solo el zener en
el circuito sin la carga pues este se quemara automáticamente. Esto por lo siguiente.
La regulación del zener se debe a que este es capaz de controlar la corriente que
atraviesa su unión interna , si el voltaje para el caso del ejemplo es inferior a los 9.1v el
zener no lo circula ninguna corriente pero cuando esta tienda a llegar o pasar
de 9.1v pues este comienza a conducir una corriente , la acción de regular se da por que
al pasar esto el aumento de la corriente provoca una mayor caída de voltaje sobre la
resistencia limitadora y entonces esto compensa el aumento y mantiene los terminales
del zener a 9.1v ,
Fijémonos entonces que para que haya 9.1v sobre el zener debe pasar una corriente
de 0.08A caso contrario el voltaje será mayor o menor si el zener no es capaz de
soportar esta corriente pues al intentar hacer la acción reguladora se quemara esto si se
retira el motor .
Además cabe aclarar que al igual que la resistencia el zener lo pones de un valor mayor a
el que nos da el calculo pero no tiene que ser al doble.