Diodo Zener y fuentes reguladas

´ NICA ´ ELECTRICA ´ UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. FACULTAD DE INGENIERÍA. DEPARTAMENTO DE INGENIERIA Y ELECTR O

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Práctica Pr a´ ctica 5. Diodo Zener y Fuentes Reguladas Electrica, [email protected]; Andr´ Andres e´ s Felipe Cometa Torres, Ingenier ´ ´ıa El´ ´ ´ıa Mecatr ´ Mecatr onica, ´ [email protected]; Camilo Alberto Pinz on Paula Andrea Mozuca Tamayo, Ingenier ´ o´ n [email protected] Quintero, Ingenier ´ ´ıa Mecatr onica, ´ ´

Resumen—In this report is presented the analysis and implementation of the circuits designed before the laboratory practice No.5 with the data measured during the develop of it. For the first first circuit circuit is determ determined ined the charact characteris eristic tic curve curve of a Zener Zener diode. diode. Then Then in that that graphic graphic was found the diode’ diode’ss dynami dynamicc resistance, resistance, with the test current specified by the manufacturer manufacturer in the Datasheet. For the second circuit is determined the load regula regulatio tion, n, and in the third third is determi determined ned the line regulatio regulation. n. Finally, the fourth circuit was designed as a regulated DC source using a Zener diode as a regulator. The output of the circuit was according to the predictions of the theory and the simulations made previously. Index Terms—Diodo

zener, resistencia incremental, regulaci´ regulacion o´ n de carga, regulaci´ regulacion o´ n de l´ınea, ınea, curva caracter´ıstica, ıstica, fuente regulada.

I.

´ I NTRODUCCION

E

Xisten diodos diseñados nados espec´ıficamente ıficamente para que traba jen en la región on de ruptura de modo que cuando están an polarizados inversamente permiten el paso de corriente por el efecto efecto zener y por esto esto mismo mismo son conocido conocidoss como como diodos diodos de ruptur rupturaa o diodos diodos Zener Zener,, su princi principal pal aplica aplicaci ci o´ n es en circuitos circuitos de regulaci´ regulación on de volta voltaje je dc ya que al polari polarizar zarlos los inversamente este diodo mantiene un determinado voltaje entre sus terminales conocido como voltaje zener que se mantiene casi casi consta constante nte en un amplio amplio interv intervalo alo de corrie corriente nte,, con el motiv motivo o de entend entender er el funcio funcionam namien iento to de este este diodo diodo y su principal aplicación, on, se determinará la curva caracter´ıstica ıstica de este diodo y se realizara el an alisis a´ lisis de una fuente regulada con diodo zener en el presente documento. I I. II-A.

´ M ARCO T E ORICO

Diodo Zener

El diodo diodo zener zener es un diodo diodo con un volta voltaje je de avala avalanch nchaa por debajo de los 100 V y son disenados n˜ ados para operar en la zona zona de ruptur rupturaa de su curva curva caract caracter er´´ıstica. ıstica. En polariza polarizaci cion o´ n directa el diodo Zener se comporta como un rectificador y en polarizaci´ polarizacion o´ n inversa el diodo conduce y mantiene un voltaje entre sus terminales denominado voltaje Zener. Su s ´ımbolo ımbolo se muestra en la Figura 1. Los par´ parametros a´ metros suministrados por los fabricantes en el data datash shee eett del del diod diodo o son son el volt voltaj ajee zene zenerr ( V z ), la máxima axima potencia disipada por el diodo ( P Dmax ), la resistencia increDmax mental del diodo ( rz o Z z ) en un valor de corriente especifico conocido como corriente de prueba ( I ZT ZT ). En la Figura 2 se observa la curva caracter´ caracter ´ıstica ıstica de un diodo Zener en donde en la zona de polarización on inversa la corriente en el diodo es insignificante hasta acercarse al voltaje zener y cuando llega a este el diodo entra en conducci on o´ n permitiendo

Figura 1. a) S´ımbolo ımbolo diodo Zener, b) circuito equivalente de un diodo Zener [1].

un gran gran paso paso de corrie corriente nte mientra mientrass la tensi´ tensión on se mantie mantiene ne pr´ practicamente a´ cticamente constante y con un valor V z esta propiedad es la que permite su aplicaci on o´ n como regulador de voltaje.

Figura Figura 2. Curva Curva caracter caracter´´ıstica ıstica del diodo zener [2].

Se tiene que la curva caracter´ caracter ´ıstica ıstica del zener en la zona de polarizaci´ polarizacion o´ n inversa cuando el voltaje en el diodo es cercano o igual igual al volta voltaje je zener zener no es totalm totalment entee una recta recta verti vertical cal y por tal motivo es que posee una impedancia o resistencia incremental ( rz o Z z ) tal y como se muestra en la Figura 3. Se observa en la Figura 3 que I Zmin m´ınima ınima Zmin es la corriente m´ para que el diodo zener conduzca en polarizaci on o´ n inversa y que es la corriente m a axima ´ xima que puede circular por el diodo I Zmax Zmax en polarizaci´ polarización on inversa antes de dañarse narse por efectos térmicos. ermicos. II-B.

Regulador de voltaje con diodo Zener

Un circuito regulador es aquel que mantiene un voltaje de salida salida (V o ) constant constantee independi independientem entemente ente de las variaci variaciones ones en su voltaje de entrada ( V i ) y la corriente de la carga ( I o ). Un regulador de voltaje con zener consta de una resistencia

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2

Ley de corriente de Kirchhoff (LCK) N 

in = 0

(3)

n=1

´ de Kirchhoff (LVK) Ley de tension M 

vm = 0

(4)

m=1

Potencia máxima disipada por el diodo zener:

P Zmax = V z

∗ I

(5)

Zmax

Regulación de carga:

Reg. carga = Figura 3. Curva caracter´ıstica del diodo zener en polarizaci o´ n inversa [2].

∆V o = ∆I o

−(r  R)

(6)

Z

Regulaci o´ n de l´ınea:

Reg. linea =

∆V o rZ = ∆V i rZ + R

(7)

Criterio para corriente m´ınima en el diodo:

I Zmin = 0,1 I Zmax

∗

(8)

Ecuaciones de condici o´ n de frontera para regulador:

V imax V Z iZmax + I Lmin V imin V Z Rmax = iZmin + I Lmax Rmin =

−

(9)

−

(10)

Modelo del diodo Zener: Figura 4. Regulador de voltaje con diodo zener [2].

V Z = V ZO + rZ I Z

(11)

Valor de Capacitancia para una rectificación con filtro en serie con un diodo Zener polarizado inversamente donde la carga estará conectada en paralelo al diodo tal y como se observa en la Figura 4, el voltaje de entrada, es decir, el voltaje a ser regulado debe ser mayor al voltaje de salida, para el diseño de este circuito se debe elegir un diodo zener con un V z de acuerdo al voltaje necesario para la carga y la potencia de este depende del intervalo de corrientes en el diodo que se desee manejar para esto y para la elecci o´ n de la resistencia del regulador se utilizan las ecuaciones de condiciones de frontera las cuales se observan en la secció n de cálculos necesarios durante la pr a´ ctica. Estas ecuaciones se basan en el hecho de que el diodo se dañara si el voltaje de entrada es m a´ ximo y la corriente de carga es m´ınima, y actuara como un circuito abierto si el voltaje de entrada es m ´ınimo y la corriente en la carga es máxima.

III.

C ALCULOS NECESARIOS DURANTE LA PR ´ A CTICA

Ley de Ohm:

V = I R

∗

(1)

C = IV.

1 √ 2 3 f rR

(12) L

´ RESULTADOS DE LA PR ACTICA

La práctica constó de tres etapas. En cada una de ellas se muestra en primer lugar la etapa de dise n˜ o previa a la pr a´ ctica y los resultados obtenidos en el laboratorio. IV-A.

Caracterizaci´ on del diodo Zener

Para este caso, se requer´ıa implementar el circuito de la Figura 5, con las condiciones de que s´ı RV 1 = 0 Ω entonces I Z < I Zmax , y si RV 1 = RV 1 entonces I Z I Zmin . Además, se tiene que suponer que V 1 = V Z + 12 V . Se selecciona un diodo 1N5235B cuyo V Z = 6, 8 V 5 % y P Zmax = 0, 5 W .[3] Con los datos anteriormente mencionados, se calcula con las Ecuaciones 5 y 8

≈ ±

I Zmax =

0, 5 = 0, 074 A 6, 8 V

± 5 %

I Zmin = 0, 1(0, 074) = 0, 0074 A

Potencia disipada:

P = V I =

∗

V 2 = I 2 R R

∗

(2)

± 5 %

Por precaució n se toma un I Zmax = 50 mA y usando la ley de Ohm (Ecuacio´ n 1) se calcula el valor de R1 , teniendo


3

Figura 5. Circuito para caracterizacio´ n del diodo Zener.

Cuadro I R ESULTADOS

´ PARA LA CARACTERIZACI ON ´ DEL DIODO DE MEDICI ON

Figura 6. Curva caracter´ıstica obtenida del diodo zener.

Z ENER DATO I D ( mA) 1 8,14 2 10,1 3 15,09 4 20,06 5 25,07 6 29,98 7 36,04 8 40,11 9 45,17 10 48,02

V D ( V )

6,83 6,84 6,89 6,93 6,99 7,03 7,10 7,12 7,19 7,13

´ popuesta. Adicionalmente con en cuanta la primera condici on la Ecuación 2 se calcula la potencia máxima disipada por tal resistencia

R1 = P R = 1

12 V = 240 Ω 0, 05 A

Figura 7. Circuito para regulación de carga.

Para la ecuaci o´ n obtenida, se tiene que el punto de corte en el eje x , es decir V ZO , es igual a 6, 75. Se toma este valor y se usa en la Ecuaci o´ n 11, tomando la corriente de prueba sugerida en la hoja de datos con su respectivo voltaje obtenido en la práctica.

−

6, 93 V = 6, 75 V + (20, 06 mA)rZ

(12 V )2 = 0,53 W 240Ω

Se selecciona para la pr a´ cita una resistencia normalizada de 270Ω de 1 W de potencia. Ahora, tomando la segunda condición, se realizan los mismos c a´ lculos para hallar RV 1 , teniendo en cuenta la suma de resistencias en serie. Además, se toma un I Zmin = 0, 008 A

12 V = 0, 008 270 Ω + RV 1 RV 1 = 1230 Ω

± 5 %

Se tendrá en cuenta para la prácita un potenci o´ metro de 2 kΩ que tomará valores desde 0 Ω hasta 1230 Ω. Se realizo´ la simulaci o´ n respectiva con las dos condiciones descritas. Para R V 1 = 0 Ω se obtuvo que I Z = 44, 583 mA y V Z = 6, 763 V , mientras que para R V 1 = 1230 Ω se encontr o´ que I Z = 8, 273 mA y V Z = 6, 638 V . Ya en la práctica de laboratorio, se tomaron mediciones de V Z e I Z a medida que se cambiaba el valor de RV 1 . Los valores obtenidos se ilustran en el Cuadro I. Los datos del Cuadro I se grafican en un plano de I vs. V para obtener la curva caracter´ıstica del Zener. Gracias a herramientas computacionales, se llega a la gráfica mostrada en la Figura 6, junto con la ecuaci o´ n de la recta que se ajusta a los datos.

rZ = 8, 97 Ω IV-B.

Fuentes reguladas

IV-B1. Regulaci´ on de carga: Se solicitó la implementación del circuito de la Figura 7, con una variaci o´ n de R V 1 de entre 0 Ω Y 500Ω, con un V Z fijo en 5, 1 V . Se selecciona un diodo Zener 1N4733A cuyo V Z = 5, 1 V 5 %, que tiene P Zmax = 1 W .[4] Se calcula con las Ecuaciones 5 y 8 las corrientes m a´ ximas y m´ınimas que circulan por el diodo, y posteriormente con la Ecuación 1 se obtienen máximas y m´ınimas que circulan por la carga.

±

I Zmax = I Zmin

1 W = 0, 196 A 5, 1 V

± 5% = 0, 1(0, 196) = 0, 0196 A ± 5 %

5, 1 V = 0, 102 A 10 % 50 Ω 5, 1 V I Lmin = = 0, 00927 A 10 % 550Ω I Lmax =

±

±

Finalmente, usando las Ecuaciones 9 y 10 se encuentran los intervalos dentro de los cuales la resistencia trabaja


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Cuadro II ´ DE CARGA . R ESULTADOS CIRCUITO CON VARIACI ON RV 1 (Ω)

I T ( mA)

I L (mA)

V O (V )

0,8 428

146,40 144,32

95,26 11,23

5,19 5,42

Rmin =

(20 5, 1) V = 72, 56 Ω (0, 1961 + 0, 00927) A

Rmax =

(20 5, 1) V = 122, 5 Ω (0, 01961 + 0, 102) A

−

−

Se toma un valor comercial de 100Ω y se calcula una potencia de 2, 2 W , por lo que se selecciona una potencia comercial de 5 W . Al realizar las simulaciones se observó que para un R V 1 = 0 Ω, el voltaje de salida fue de 4, 849 V , mientras que con R V 1 = 500 Ω, fue de 5, 035 V . Ya en la práctica, se realizaron mediciones de la tensio´ n de salida, la corriente total suministrada por la fuente, y la corriente que circul o´ por la carga cuando se ten´ıan dos valores del potenciometro determinados. Los resultados se observan en el Cuadro II. IV-B2. Regulaci´ on de linea: Se solicit o´ la implementaci o´ n ´ de V 1 de entre del circuito de la Figura 8, con una variaci on 15 V Y 24 V , con un V Z fijo en 4, 7 V . Se selecciona un 5 %, que tiene diodo Zener 1N5230B cuyo V Z = 4, 7 V P Zmax = 0, 5 W .[3]

±

Figura 9. Circuito fuente DC regulada por Zener.

que se le aplicar a´ ), por lo que se selecciona una resistencia normalizada de 5 W . Adicionalmente, se encuentra mediante las mismas formulas que la potencia consumida por la resistencia de 150Ω es de 0, 174 W , por lo que se selecciona una resistencia nominal de 1/4 W . Los resultados de la simulaci o´ n de este circuito dicen que, para un V 1 = 15 V el voltaje de salida es de 4, 509 V , mientras que para V 1 = 25 V , la salida es de 4, 642 V . Durante la práctica, se realizaron mediciones de las tensiones de entrada y de salida, la corriente total suminstrada por la fuente y la corriente que pasa por la carga. Los resultados se encuentran en el Cuadro III. Cuadro III ´ DE LINEA . R ESULTADOS CIRCUITO CON VARIACI ON

IV-C. Figura 8. Circuito para regulación de linea.

Como la carga no cambia su valor, se tiene una corriente en la carga (I L ) constante, calculado en 0, 0313 A 5 %. Se calcula con las Ecuaciones 5 y 8 las corrientes m a´ ximas y m´ınimas que circulan por el diodo.

±

I Zmax = I Zmin

0, 5 W = 0, 106 A 4, 7 V

± 5% = 0, 1(0, 106) = 0, 0106 A ± 5 %

Finalmente, usando las Ecuaciones 9 y 10 se encuentran los intervalos dentro de los cuales la resistencia trabaja

Rmin =

(25 4, 7) V = 147, 4 Ω (0, 106 + 0, 0313) A

Rmax =

(15 4, 7) V = 245, 4 Ω (0, 0106 + 0, 0313) A

−

−

Dentro de este rango, se elige un valor normalizado de 220Ω 5 %. Con esta resistencia, se encuentra mediante la ecuació n 2 una P L = 1, 87 W (usando el voltaje m a´ ximo

±

V 1 (V )

V O ( V )

I T ( mA)

I L (mA)

15 25

4,47 4,65

46,65 90,00

29,25 5,42

Fuente DC regulada por Zener

Para esta parte de la pr a´ ctica, se dice que el cliente solicita una fuente de alimentaci o´ n como la que se ilustra en la Figura 9, con los siguientes par a´ metros:

V p Conexi o´ n a la red eléctrica domestica ( 110 V rms 120 V rms ). Tensio´ n de suministro V o = 10 V DC con una tolerancia inferior al 5 %. Suministro hasta I o = 70 mA de manera continua.

≤ ≥

En primer lugar se calcula el valor de la carga mediante la ecuacion ´ 1, y se calcula su potencia.Se decide utilizar una resistencia de 150Ω con una potencia de 1 W .

RL =

10 V = 142, 9 Ω 0, 07 A

±5%

P L = (0, 07 A)2 (142, 9 Ω) = 0, 7 W El grupo dispone de un transformador cuya relació n de espiras es 8, 7, lo que produce en el devanado secundario una tensió n de 13, 8 y 12, 6 V RMS cuando se tiene una entrada de 120 y 110 V RMS respectivamente. Con estos valores se calculan los valores pico m a´ ximos que aparecer a´ n después del


5

puente rectificador (utilizando diodos 1N4004 y el modelo de ca´ıda de tensi o ´ n de 0, 7 V ).

√ 2(13, 8) − 1, 4 = 18, 12 V √ = 2(12, 6) − 1, 4 = 16, 42 V

V imax = V imin

Se selecciona un diodo Zener 1N4740A donde V Z = 10 V 5 %, con P Zmax = 1 W . [5]. Se calcula una corriente m a´ xima y m´ınima en el diodo de 0, 1 A y 0, 01 A respectivamente. Hay

±

que tener en cuenta que para el voltaje m´ınimo se calcul o´ la pérdida de voltaje por el rizado generado por el filtro. Se desea que este voltaje de rizado sea una décima parte del voltaje pico m´ınimo entregado por el puente. Con estos valores, se determinan los intervalos para un valor de la resistencia, usando las Ecuaciones 9 y 10.

Rmin =

(18, 12 10) V = 47, 74 Ω (0, 1 + 0, 07) A

Rmax =

(14, 76 10) V = 80, 25 Ω (0, 01 + 0, 07) A

Figura 10. Salida del puente rectificador en el osciloscopio.

−

−

Dentro de este intervalo, se selecciona una resistencia de 51 Ω a la cual se le calcula una potencia de 1, 176 W , por lo que se utiliza una resistencia de 5 W . Para calcular el valor del condensador, se realiza el calculo de la resistencia equivalente formada por la carga RL , la resistencia R 1 y la resistencia incremental del Zener. Adem a´ s, teniendo en cuenta el rizado deseado, y utilizando la Ecuaci o´ n 12, se llega a que

C = 1, 41 mF Figura 11. Salida de la fuente regulada en el osciloscopio.

Por lo tanto, se utiliza un condensador de 2200µF con 25 V de pico inverso. Por otra parte, se solicita realizar mediciones para una corriente de carga de 20 mA y 0 mA. Para ello se repitió el proceso descrito anteriormente. Se lleg o´ a que los resultados para ambas mediciones satisfacen los valores normalizados mostrados a continuación: RL = 500Ω de 1/2 W , R1 = 100Ω de 1/4 W , y el condensador utilizado anteriormente (2200µF con 25 V ). Se implemento´ el circuito en el laboratorio, y se llegó a los siguientes resultados mostrados en el Cuadro IV. Se tomaron mediciones de las tensiones de entrada y salida del transformador, la tensi o´ n de salida del puente rectificador, la tensión de salida de la fuente y la corriente suministrada a la carga. Cuadro IV R ESULTADOS DE LA

FUENTE D C REGULADA POR Z ENER .

V i transformador ( V ) V o transformador (V) V o puente (V ) V o fuente (V ) I o carga (mA)

70 mA

20 mA

0 mA

118,7 13,67 17 10,74 71,9

118,7 13,67 16,5 10,93 14

118,7 13,67 16,5 11,32 0,10

Finalmente, se presentan en las Figuras 10 y 11 las gráficas de salida del puente rectificador y de la fuente en el osciloscopio.

V.

´ AN ALISIS DE R ESULTADOS

Al disen˜ ar el primer circuito se obtuvo que deb ´ıamos usar un potenciómetro de 2 kΩ a 2 W , el potenciómetro que se utilizó para hacer las mediciones en el laboratorio ten´ıa un valor máximo de 1230 Ω, que fue el valor obtenido en los cálculos. Si se comparan los datos de la simulaci o´ n con los datos obtenidos en la pr a´ ctica, se ve que en una corriente del diodo m´ınima de 8,2 mA aproximadamente, hay un voltaje aproximado de 6,7 V , pero al comparar los datos en un corriente del diodo m a´ xima de aproximadamente 45 mA, se tienen valores con una diferencia considerable, pues en la simulaci o´ n se encuentra un voltaje de 6,783 V mientras que en el laboratorio es de 7,19 V , este valor es 0,05 V mayor al referente en el datasheet del diodo 1N5235B ( 6,8 V 5 %). Al caracterizar la curva del diodo con estos valores obtenemos una resistencia din a´ mica de 8 Ω que difiere con la encontrada en los datos del fabricante quien da un valor de 5 Ω, se puede inferir que esta variación se da tanto por la temperatura del diodo que afecta de manera considerable su funcionamiento y por los valores altos de tolerancia. Para el segundo circuito, el potencio´ metro ten´ıa el valor m´ınimo de 0,8 Ω y entregaba un voltaje de 5,19 V , mientras ´ si es posible tener un valor de 0 Ω con que en la simulaci on un respectivo voltaje de 4,849 V . La variacio´ n de los datos

±


del voltaje se da por la variacio´ n de la resistencia, aunque esto no deber´ıa ocasionar un cambio tan relativamente alto. Para la resistencia m a´ xima, que en el caso del laboratorio era de 428Ω, se encuentra un voltaje de 5,42 V que además de ser mayor al obtenido en la simulaci o´ n (5,035 V ), también es mayor al indicado en el datasheet del diodo 1N4733A ( 5,1 V 5 %). En el tercer circuito se utiliz o´ un diodo con V Z = 4,7 V 5 % junto a una resistencia de 220Ω. La resistencia de carga era de un valor de 150Ω. En este circuito se puede observar que hay una gran similitud entre los datos de la simulaci o´ n como los obtenidos en el laboratorio, tanto en el voltaje de 15 V como en el voltaje de 25 V . Para el circuito 4 se realizaron dos simulaciones con voltajes de entrada iguales al voltaje m´ınimo y máximo que se podr´ı obtener del tomacorriente del laboratorio, sin embargo al medir esta se obtuvo un valor de 118,7 V RMS que es más cercano al valor máximo de 120 V , es decir que los valores deber´ıan acercarse a los de esa simulación. Al comparar los datos obtenidos, en la corriente son bastante cercanos, variando en tan solo 3 mA, mientras que en el voltaje se alejan en casi 1 V , además, se ve que al disminuir la corriente el voltaje sube de manera muy considerable, debido a que al bajar de los 25 mA especificados por el fabricante el diodo sale de la zona Zener.

± ±

VI.

R ESPUESTA A LAS PREGUNTAS SUGERIDAS

¿Qué nivel de tolerancia le otorgar´ıa a cada uno de los diodos zener utilizados? Para el caso del diodo 1N5235B, nominalmente se tiene un voltaje de 6, 8 V , y los valores obtenidos en la variaci o´ n de la resistencia fueron de hasta 7, 13 V . Por lo que calcula que la variaci o´ n 4, 85 %, que se encuentra dentro del 5 % dado por el fabricante. Por lo tanto, la tolerancia dada por el fabricante es acertada. En el diodo 1N4733, el fabricante da un voltaje de salida de 5, 1 V . Se obtuvo un nivel máximo de voltaje de 5, 42 V , que corresponde a una variaci o´ n del 6, 2 %. Como el fabricante da una variaci o´ n del 5 %, esta tolerancia no es correcta, ya que es mayor. Para el diodo 1N5230B que da un voltaje de 4, 7 V , se midió un voltaje máximo de 4, 47 V . La variacio´ n se calcula en 4, 89 %, que se encuentra dentro del 5 % de tolerancia dada por el fabricante. Finalmente, para el diodo 1N4740A que tiene un voltaje nominal de 10 V , se llegó a un voltaje m a´ ximo de 11, 32 V . Este valor corresponde a una variaci o´ n del 13, 2 %, lo cual es mucho mayor a la tolerancia del 5 % que indica el fabricante. ¿Cuáles aplicaciones pr acticas ´ tiene el diodo zener? Los diodos Zener son diodos especialmente dise n˜ ados para trabajar en la zona de ruptura, comport a´ ndose en polarizaci o´ n directa como diodos rectificadores y en polarizaci o´ n inversa como referencias de voltaje. Su principal aplicaci o´ n es en circuitos reguladores de voltaje ofreciendo referencias de voltajes muy estables para ser usado en fuentes de alimentaci o´ n, volt´ımetros y muchos más instrumentos.[2] Para implementar un divisor de tension regulado, ¿cu a´ l de las dos topolog´ıas presentadas en la Figura 5 resulta mejor? Considere los siguientes escenarios y necesidades:

6

1. La salida del divisor debe tener una tension constante con solo un 5 % de tolerancia, si la tension de entrada no es constante y posee variaciones cercanas al 20 %. 2. Econom´ıa. 3. Eficiencia energética (potencia). 4. Mejor funcionamiento independiente de la frecuencia de la señal de entrada. Justique anal´ıticamente sus respuestas. En ese caso, la mejor opción es el circuito que posee el diodo Zener. Esto debido a que el divisor de tensió n que se trabaja a base de resitencias es muy ineficiente, y var´ıa ampliamente la salida si se cambia la entrada. En cambio, como lo evidenciamos en la pr a´ ctica, el diodo Zener tiene una tolerancia casi siempre inferior al 5 %, por lo que es perfecto para la variación de entrada indicada. Además, la primera resistencia cumple con la funci o´ n de limitar la corriente que pasa por el Zener, y as´ı permite controlar la potencia que disipa el Zener. Otra desventaja del primer circuito es que, si la frecuencia de entrada es muy alta, la impedancia del condensador ser a´ muy baja, lo que provocará un cambio significativo en el funcionamiento, al desviar la corriente que pasa por el. En cambio, independientemente de la frecuencia, el voltaje del Zener tiende a mantenerse estable, y si la frecuencia es muy alta, el condensador no afectar´ıa de manera significativa el funcionamiento. Aunque el diodo Zener pude llegar a ser m a´ s costoso que el par de resistencias, en el primer circuito se requerir ´ıa un condensador de mucho más valor que en el segundo, para controlar los cambios de voltaje que hay en la se n˜ al de entrada (y a pesar de eso, no se obtendr´ıa una señal regulada). Por lo tanto, es más conveniente utilizar el diodo Zener, tanto en funcionamiento como en econom´ıa.

VII.

C ONCLUSIONES

El diodo Zener puede utilizarse en diversas aplicaciones dependiendo su polarización, si esta se hace directamente se comportará como un diodo norma, mientras que si se hace de manera inversa obtendremos una funci o´ n de regulaci o´ n en paralelo. Los resultados dejan ver claramente que el diodo zener puede ser un buen regulador en ocasiones especiales donde la variació n de 1 V en la entrada no afecte en gran manera el circuito. En circuitos donde el voltaje de entrada es muy peque n˜ o la eficiencia del diodo zener es muy baja, por lo tanto no es la opci o´ n más adecuada para regular un voltaje y se deben buscar mejores alternativas. Las simulaciones difieren con los datos obtenidos en el laboratorio debido a que el simulador no tiene en cuenta los cambios de temperatura que afectan al diodo, esto también es la causa de la diferencia con los datos del fabricante, pues estos están dados a una temperatura de 25 C , durante la toma de datos logramos notar como el diodo cambiaba de temperatura r a´ pidamente al variar la corriente, ocasionando as´ı el cambio en los datos. ◦


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Diodo Zener y fuentes reguladas

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