Diodos

eLab, Laboratorio Remoto de Electrónica ITESM, Depto. de Ingeniería Eléctrica

PRÁCTICA PD4 REGULACIÓN DE VOLTAJE CON DIODOS ZENER
OBJETIVOS • Analizar teóricamente y de forma experimental la aplicación de diodos Zener para la regulación de voltaje, y determinar las ventajas, desventajas y limites de operación de los diodos Zener en aplicaciones de regulación de voltaje Aprender a utilizar lashojas de datos de diodos Zener, con el objetivo de seleccionar un diodo con características específicas, y que cumpla con las condiciones de diseño que demanda un circuito regulador de voltaje. Realizar mediciones sobre circuitos reguladores de voltaje con el objetivo de explorar su funcionamiento y posteriormente comparar los resultados con los resultados obtenidos mediante el análisis teórico.•

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1.1 INTRODUCCIÓN El diodo Zener puede usarse en aplicaciones de regulación de voltaje, tal y como se ilustra en el circuito de la Figura 1. Esto es posible gracias a que su voltaje de ruptura es casi constante sobre un amplio intervalo de corrientes de polarización inversa.
Ri
+ VS iR iZ + VZ iL + RL VL

Figura 1 Circuito regulador de voltaje con diodo Zener. En la figura anteriorse observa que la corriente de carga iL varia conforme cambia el valor de la resistencia de carga RL. Para que este circuito opere como regulador del voltaje VL, se requiere que el diseño del mismo contemple al diodo operando en su región zener. En este punto, el voltaje en las terminales del diodo se mantiene casi constante en un valor VZ. Aunque en la Figura 1 no sea visible, se considera queel valor de la fuente de voltaje también varía dentro del siguiente intervalo VS (min) < VS < VS (max) . El objetivo principal durante el diseño de este tipo de circuitos es el de seleccionar un valor adecuado de resistencia Ri que permita al diodo mantener un voltaje de salida casi constante, aun y cuando varíen, tanto el voltaje de entrada VS, como la resistencia de carga RL. Esta resistencia Rilimita la corriente a través del diodo Zener y recibe el voltaje excedente entre VS y VZ. Una vez seleccionado el valor de la resistencia Ri es importante considerar la potencia máxima que esta disipará cuando por ella circule la corriente máxima considerada en el diseño. Por otro lado, el diodo

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PD4 – Regulación de Voltaje con diodos Zener

Zener que se seleccione, debe satisfacer elvoltaje de regulación del diseño, y además debe soportar los cambios en las corrientes de polarización inversas que se presenten al variar la resistencia de carga o el voltaje de la fuente VS. Para ello, se debe considerar la potencia máxima que soportará el dispositivo semiconductor. Por lo tanto, se recomienda estudiar detenidamente las hojas de especificaciones que proporcionan los fabricantesdel diodo Zener seleccionado para determinar los parámetros de funcionamiento más importantes y las limitaciones del dispositivo. Resistencia Zener En el circuito regulador Zener mostrado en la Figura 1 se considero al diodo Zener como ideal. Es decir, que éste mantiene un voltaje constante en la región de ruptura. En la practica, sin embargo, este voltaje VZ no es constante ya que es una funciónde la corriente que circula por el dispositivo. Por lo que, un modelo practico del diodo Zener, debe considerar su resistencia interna rZ, tal y como se ilustra en la Figura 2. En esta figura, el modelo del diodo Zener incluye un diodo Zener ideal con voltaje Zener nominal VZ nominal y una resistencia en serie rZ.
Ri
iR + VS VZ rZ + iZ iL + VZ nominal RL VL +

Figura 2 Circuito regulador devoltaje que considera la resistencia interna rZ del diodo Zener. Porcentaje de regulación Como se menciono anteriormente, a causa de la resistencia Zener, el voltaje de salida no permanecerá constante. Por lo que es posible determinar los valores mínimo y máximo del voltaje de salida. Un factor de mérito para un regulador de voltaje es el porcentaje de regulación que se define como:
% Regulación...