Download Circuitos Estabilizadores con Diodos Zener.

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
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INDICE
Circuitos Estabilizadores con Diodos Zener. .............................................................3
Curva característica del diodo Zener .........................................................................3
Resistencia Zener ........................................................................................................4
Resolución ejercicios de Diodos: ................................................................................6
Fuentes: .........................................................................................................................9
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CIRCUITOS ESTABILIZADORES
CON
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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.
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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.
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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:
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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
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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.
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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
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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