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UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA FACULTAD DE TECNOLOGÍA INFORMÁTICA ELECTROMAGNETISMO Y ESTADO SÓLIDO II Alejandro Giura. 5º B - Turno Noche UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA Facultad de Tecnología Informática Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II Docente: Ing. Enrique Cingolani Alumno: Alejandro Giura Sede: Centro Comisión: 5º B Trabajos Prácticos Año 2009 TP Rec 1° Parcial. Turno: Noche Página 2 de 9 INDICE Circuitos Estabilizadores con Diodos Zener. .............................................................3 Curva característica del diodo Zener .........................................................................3 Resistencia Zener ........................................................................................................4 Resolución ejercicios de Diodos: ................................................................................6 Fuentes: .........................................................................................................................9 UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA Facultad de Tecnología Informática Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II Docente: Ing. Enrique Cingolani Alumno: Alejandro Giura Sede: Centro Comisión: 5º B Trabajos Prácticos CIRCUITOS ESTABILIZADORES CON Año 2009 TP Rec 1° Parcial. Turno: Noche Página 3 de 9 DIODOS ZENER. El diodo Zener, que recibe este nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener, es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas. Llamados a veces diodos de avalancha o de ruptura, el diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.El Dr. Clarence Melvin Zener de Southern Illinois University inventó el diodo Zener El diodo Zener se representa en los esquemas con el siguiente símbolo: en cambio el diodo normal no presenta esa curva en las puntas (Z): El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente. En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común. Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante En el gráfico siguiente se ve el símbolo de diodo zener (A - ánodo, K - cátodo) y el sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO ZENER Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco. UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA Facultad de Tecnología Informática Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II Docente: Ing. Enrique Cingolani Alumno: Alejandro Giura Sede: Centro Comisión: 5º B Trabajos Prácticos Año 2009 TP Rec 1° Parcial. Turno: Noche Página 4 de 9 Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante. Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa. Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene practicamente constante para una gran variación de corriente. Ver el gráfico. RESISTENCIA ZENER Un diodo zener, como cualquier diodo, tiene cierta resistencia interna en sus zonas P y N; al circular una corriente a través de éste se produce una pequeña caída de tensión de ruptura. En otras palabras: si un diodo zener está funcionando en la zona zener, un aumento en la corriente producirá un ligero aumento en la tensión. El incremento es muy pequeño, generalmente de una décima de voltio. Los diodos Zener mantienen la tensión entre sus terminales prácticamente constante en un amplio rango de intensidad y temperatura, cuando están polarizados inversamente, por ello, este tipo de diodos se emplean en circuitos estabilizadores o reguladores de la tensión Eligiendo la resistencia R y las características del diodo, se puede lograr que la tensión en la carga (RL) permanezca prácticamente constante dentro del rango de variación de la tensión de entrada VS. UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA Facultad de Tecnología Informática Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II Docente: Ing. Enrique Cingolani Alumno: Alejandro Giura Sede: Centro Comisión: 5º B Trabajos Prácticos Año 2009 TP Rec 1° Parcial. Turno: Noche Página 5 de 9 Resistencia Zener Un diodo zener, como cualquier diodo, tiene cierta resistencia interna en sus zonas P y N; al circular una corriente a través de éste se produce una pequeña caída de tensión de ruptura. En otras palabras: si un diodo zener está funcionando en la zona zener, un aumento en la corriente producirá un ligero aumento en la tensión. El incremento es muy pequeño, generalmente de una décima de voltio. Los diodos Zener mantienen la tensión entre sus terminales prácticamente constante en un amplio rango de intensidad y temperatura, cuando están polarizados inversamente, por ello, este tipo de diodos se emplean en circuitos estabilizadores o reguladores de la tensión tal y como el mostrado en la figura. Eligiendo la resistencia R y las características del diodo, se puede lograr que la tensión en la carga (RL) permanezca prácticamente constante dentro del rango de variación de la tensión de entrada VS. Para elegir la resistencia limitadora R adecuada hay que calcular primero cuál puede ser su valor máximo y mínimo, después elegiremos una resistencia R que se adecue a nuestros cálculos. Donde: UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA Facultad de Tecnología Informática Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II Docente: Ing. Enrique Cingolani Alumno: Alejandro Giura Sede: Centro Comisión: 5º B Trabajos Prácticos Año 2009 TP Rec 1° Parcial. Turno: Noche Página 6 de 9 1. 2. 3. 4. 5. 6. Rmin es el valor mínimo de la resistencia limitadora. Rmax es el valor máximo de la resistencia limitadora. Vsmax es el valor máximo de la tensión de entrada. Vsmin es el valor mínimo de la tensión de entrada. Vz es la tensión Zener. ILmin es la mínima intensidad que puede circular por la carga, en ocasiones, si la carga es desconectable, ILmin suele tomar el valor 0. 7. ILmax es la máxima intensidad que soporta la carga. 8. Izmax es la máxima intensidad que soporta el diodo Zener. 9. Izmin es la mínima intensidad que necesita el diodo zener para mantenerse dentro de su zona zener o conducción en inversa (1mA). La resistencia que elijamos, debe estar comprendida entre los dos resultados que hemos obtenido. La resistencia de carga del circuito (RL) debe cumplir la siguiente fórmula: Los diodos Zener generan ruido. Por esa característica, son usados en los generadores de ruido y puentes de ruido. RESOLUCIÓN EJERCICIOS DE DIODOS: Ejercicio 12: En el circuito de la figura: a. Calcular la tensión Vd y las intensidades de corriente I1, I2 e I3 (suponer diodos de silicio). b. Realizar los mismos cálculos invirtiendo la polaridad de la fuente Vf. Vf 6V R1 2 K R2 5 K UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA Facultad de Tecnología Informática Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II Docente: Ing. Enrique Cingolani Alumno: Alejandro Giura Sede: Centro Comisión: 5º B Trabajos Prácticos Malla 2 Malla 1 a) El diodo esta en directa => Vd = 0,7V Malla 1: VF – R2 . I 2 – R1.I1 => 6V – 5kohm -2kohm.I1 = 0 Malla 2 : VF – Vd1 –Vd2 – I1.R1 = 0 6V- 0,7V-0,7V –I1.R1 = 0 6V – 1.4V – I1.2 K = > I1 = 2,3mA Malla 1: 6V – 5 K.I2 - 4,6V = 0 => I2 = 0,28mA I3 =I1 –I2 => 2,3mA – 0,28mA = 2,02mA. Año 2009 TP Rec 1° Parcial. Turno: Noche Página 7 de 9 UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA Facultad de Tecnología Informática Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II Docente: Ing. Enrique Cingolani Alumno: Alejandro Giura Sede: Centro Comisión: 5º B Trabajos Prácticos Año 2009 TP Rec 1° Parcial. Turno: Noche Página 8 de 9 Verificando con Electronic Workbench tenemos que: U4 - 1.348 + V DC 10M V D1 D2 DIODE_VIRTUAL DIODE_VIRTUAL U2 V1 + 6V 0.264m - - 2.326m + A A DC 1e-009 I2 U1 DC 1e-009 I1 R2 5.1k R1 2.0k U3 + 2.062m A DC 1e-009 I3 La pequeñas variaciones entre los valores calculados para I2 e I3 pueden deberse a la utilización de una R2 de 5.1 K. b) Invirtiendo la pila. Nos encontramos con que los diodos en inversa son una llave abierta que no conduce corriente o intensidad de la misma. Malla 1: 6V – R1 . I1 – R2 . I1 = 0 6V – (R1 + R2) . I 1 = 0 => 0.8571mA Vab = 6V – R1 . I1 = 6V -2 K . 0.857mA => 4,286V Vab = Vdiodo UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA Facultad de Tecnología Informática Materia: Electromagnetismo y Estado Sólido II Docente: Ing. Enrique Cingolani Alumno: Alejandro Giura Sede: Centro Comisión: 5º B Trabajos Prácticos Año 2009 TP Rec 1° Parcial. Turno: Noche Página 9 de 9 Por Kirchof: 6V – 2 K . 0,857mA –Vd = 0 Vd = 4,286V Verificación en Electronic Workbench: U4 + 4.309 V DC 10M V D1 D2 DIODE_VIRTUAL DIODE_VIRTUAL U2 V1 - 6V 0.845m + A DC 1e-009 I2 U1 + 0.846m - A DC 1e-009 I1 R2 5.1k R1 2.0k U3 - 0.431u + A DC 1e-009 I3 Nuevamente las pequeñas variaciones en la tensión de los diodos e intensidades puede deberse al resistor R2 de 5,1 K en lugar del de 5 K utilizado em los cálculos. Fuentes: 123- wikipedia. http://www.unicrom.com/ http://www.ifent.org