Generalidades Regulador de tensi´ on An´ alisis gr´ afico Diodo Zener Lecci´ on 03.2 Ing. Jorge Castro-God´ ınez Escuela de Ingenier´ ıaElectr´onica Instituto Tecnol´ ogico de Costa Rica II Semestre 2013 Jorge Castro-God´ ınez Diodo Zener 1 / 20
GeneralidadesRegulador de tension
Analisis grafico
Diodo ZenerLeccion 03.2
Ing. Jorge Castro-Godınez
Escuela de Ingenierıa ElectronicaInstituto Tecnologico de Costa Rica
II Semestre 2013
Jorge Castro-Godınez Diodo Zener 1 / 20
GeneralidadesRegulador de tension
Analisis grafico
Contenido
1 Generalidades
2 Regulador de tensionVi y R fijosVi fijo, R variableRL fija, Vin variable
3 Analisis grafico
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Analisis grafico
Generalidades (1)
El diodo Zener es un tipo especial de diodo que opera en laregion de ruptura.
Hacen uso del efecto Zener o por avalancha.
A.K.A. diodos de ruptura.
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Generalidades (2)
Símbolo de diodo
Zener
Curva característica del diodo Zener ideal
Ejemplo de aplicación:
regulador de voltaje
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Vi y R fijosVi fijo, R variableRL fija, Vin variable
Regulador de Tension (1)
+
−
+
replacements R
RLVinVZ VL
iL
iR
iZ
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Vi y R fijosVi fijo, R variableRL fija, Vin variable
Regulador de Tension (2)
R: resistencia de limitacion de corriente.
La fuente debe ser capaz de polarizar el diodo Zener a latension de ruptura.
Corriente de operacion del diodo Zener:
IZmin ≈ 0, 1 · IZmax
IZmax esta determinada por la potencia maxima del diodoZener
IZmax =PZmax
VZ
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Vi y R fijosVi fijo, R variableRL fija, Vin variable
Regulador de Tension (3)
El diodo Zener permite establecer niveles de tension dereferencia, i.e., un regulador.
Un regulador es una combinacion de elementos disenados paragarantizar que la tension de salida de una fuente permanezcamas o menos constante.
Actua como un dispositivo de poteccion.
Existen 3 casos valiosos de analizar.
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Vi y R fijosVi fijo, R variableRL fija, Vin variable
Vi y R fijos (1)
Se debe determinar el estado del diodo Zener eliminandolo delcircuito y calculando la tension a traves del circuito abiertoresultante.
V = VL =Vin ·RL
R + RL
Si V ≥ VZ el diodo Zener esta encendido. Se reemplaza por elmodelo equivalente.Si V < VZ el diodo Zener esta apagado. Se reemplaza el diodopor un abierto.
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Vi y R fijosVi fijo, R variableRL fija, Vin variable
Vi y R fijos (2)
Se debe tener presente que:
VL = VZ
IR = IZ + IL
La potencia disipada por el diodo Zener no debe sobrepasar elvalor indicado por el fabricante:
PZ = VZIZ
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Vi y R fijosVi fijo, R variableRL fija, Vin variable
Vi fijo, R variable (1)
Debido al valor de VZ hay un rango de valores especıfico paraR, y por lo tanto de corriente, que garantiza que el diodoZener este encendido
RLmin =R · VZ
Vin − VZ
RL mınima establece una IL maxima.
ILmax =VL
RL=
VZ
RLmin
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Vi y R fijosVi fijo, R variableRL fija, Vin variable
Vi fijo, RL variable (2)
La caıda de tension en R
VR = Vin − VZ
IR =VR
R
IZ = IR − IL
Se define entonces valores de corriente mınima en a carga ypor lo tanto una resistencia maxima de carga
ILmin = IR − IZM
RLmax =VZ
ILmin
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Vi y R fijosVi fijo, R variableRL fija, Vin variable
RL fija, Vin variable (1)
Debe establecerse el rango de Vin que permita al diodo Zeneroperar correctamente:
Vinmax =(RL + R)VZ
RL
IRmax = IZM + IL
Vinmax = IRmaxR + VZ
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Vi y R fijosVi fijo, R variableRL fija, Vin variable
Ejemplo
Determine la tension Vin que permita al diodo Zener estarencendido. Para este diodo Zener se tiene que VZ = 20 V yIZM = 60 mA
+
−
+
R
RLVin
VZ VL
iL
iR
iZ
220Ω
1, 2 kΩ
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Lınea de carga (1)
Característica del circuito de entrada
(fuente de voltaje no ideal)
Circuito de entrada
R
Vin
Vin
R¯
R
Fuente ideal
I
V
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Lınea de carga (2)
RL
Vz
RL
RL¯
RL Diodo Zener ideal
I
V
Circuito de salida
Característica del circuito de salida
IR
IZ
IRL
IR
VRL
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Lınea de carga (3)
Característica del
diodo Zener ideal
Característica de circuito de entrada
(fuente de voltaje no ideal)
Característica de
resistencia de carga RL
Característica de
circuito de salida
Punto de operación
Circuito de entrada
Circuito de salida
VR
IR
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Ejemplo
Dibuje las lıneas de carga en la curva caracterıstica del diodoZener para el caso de maximo y mınimo voltaje de entrada ycalcule la corriente, el voltaje y la potencia en todos loselementos.Dibuje UA en funcion del tiempo.Calcule la corriente a traves de RV cuando la magnitud delvoltaje de entrada es maximo y esta conectada al circuito depolaridad opuesta.
Vz =6V
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Ejemplo
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Ejercicio
Para el diodo Zener del circuito considere que VZ = 10 V yPZM = 400 mW
+
−
+
R
RLVZ VL
iL
iR
iZ
220Ω
20 V
Determine VL, IL e IR para el circuito si RL = 180Ω
Determine el valor de RL que establecera las condicionesmaximas de potencia para el diodo Zener.Determine el valor mınimo de RL para asegurar que el diodoZener opere en la region de ruptura.
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Analisis grafico
Referencias Bibliograficas I
A. Sedra, K. Smith.Circuitos Microelectronicos.McGraw-Hill, 5ta edicion, 2006.
R. Boylestad, L. Nashelsky.Electronica: Teorıa de circuitos y dispositivos electronicos.Pearson, 10ma edicion, 2009.
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