Diodo Zener Felipe Velozo Barros Departamento de Física, Universidad de Santiago de Chile (USACH), Av. Ecuador 3493, Santiago. 3 de Octubre de 2014 Resumen
El siguiente informe detalla la construcción de dos circuitos en las que se involucra un diodo zener. El primero tiene como objetivo calcular ciertos parámetros propios del diodo Zener, c omo la resistencia incremental y la corriente máxima que puede circular por él. Por su parte, el segundo circuito nos mostrará la curva característica de este tipo de diodo, además de poder visualizar su voltaje nominal.
Introducción Un diodo Zener es un diodo que se hace bruscamente conductor cuando la polarización inversa alcanza un cierto valor conocido como tensión disruptiva, la que sobreviene a tensiones mucho más bajas que en los diodos ordinarios. Aun cuando un diodo conduce con poleración inversa, cuando la tensión inversa es suficientemente grande se puede destruir el diodo ordinario, sin embargo, la disrupción en un diodo Zener no es permanente. Si se rebaja la polarización inversa por debajo de la tensión disruptiva, el diodo zener deja de conducir corriente. Estos tipos de diodos están fabricados para trabajar a tensiones de hasta 200[V] y son capaces de disipar potencias máximas de 1[W]. Para calcular la resistencia incremental del diodo Zener se usa la siguiente expresión ex presión
=
∆ ∆ − ∆
(1)
Además, la corriente en el diodo está dada por, ∆−∆ (2) =
En ambas ecuaciones, ∆ representa el diferencial de voltaje en el diodo, ∆ al diferencial de voltaje entregado por la fuente variable y R la resistencia usada en el circuito.
Procedimiento Experimental Experimental Para la primera parte, creamos el siguiente circuito,
Fig 1. Circuito para calcular valores característicos del Zener
Se construye una tabla de valores de voltaje de la fuente y voltaje del Zener. Con (2) se calcularon valores para , donde el valor de la pendiente del gráfico representa la resistencia incremental del diodo. Con (1) se determinan (n-1) valores para donde n representa al número de valores leídos. Se calcula un promedio y se compara con el obtenido
en el gráfico. Por último se calcula la corriente máxima que pasa por el Zener. Para la segunda parte, creamos el siguiente circuito,
Si graficamos los datos, obtenemos el siguiente gráfico. Voltaje vs Corriente (en Zener) 8.4
) V 8.35 ( 8.3 e j a 8.25 t l 8.2 o V 8.15
8.1 0
10
20
30
Corriente(mA)
Grafico 1. Voltaje vs Corriente. Fig 2. Circuito que permitirá visualizar voltaje nominal del diodo zener.
Usaremos el osciloscopio en modo X-Y, donde en el CH1 se grafica el voltaje en el diodo, y en CH2 la corriente del diodo.
Resultados y Análisis Respecto a la primera parte del experimento, los valores de voltaje medidos además de los de corrientes calculados, son los siguientes . () 8,96
Del gráfico, extraemos que la pendiente corresponde a un valor de 0,012[mΩ], lo cual corresponde a un
= 12,01[Ω] Además de un promedio de,
̅ = 11,97[Ω] Para la segunda parte del experimento, encontramos la gráfica característica del diodo zener, la cual se ve en la siguiente imagen,
. () () 1,69 8,12
10,05
8,15
3,83
10,98
8,17
5,67
12,05
8,19
7,79
12,95
8,22
9,55
14,05
8,24
11,73
15,05
8.26
16,04
8,29
13,71 15,65
18,08
8,34
19,67
Tabla 1. Tabla comparativa voltaje en fuente, voltaje y corriente en zener.
Fig 3. Curva característica del diodo Zener que grafica voltaje en la vertical, y corriente en la horizontal.
Conclusión Se pudo estudiar el diodo zener y comprobar su funcionamiento en ambas polarizaciones a través de la curva característica obtenida con el osciloscopio y por medio de gráficas. Gracias a los datos obtenidos por el osciloscopio vemos la naturaleza semiconductora del diodo zener, y vemos como las características de este son usadas para obtener tensiones continuas de mayor calidad, con menor rizado y con cierto grado de estabilidad frente a las variaciones de tensión de la red y la corriente de carga. Su uso mayormente es en estabilizadores, en los que junto con un transistor conforman un circuito integrado.