Diseño con Zener

Capítulo

Circuitos con diodos. Diodos Zener

E

n este capítulo se tratará de introducir y asentar conceptos de
circuitos con diodos semiconductores.

Iniciaremos esta introducción con circuitos recortadores con
diodos semiconductores, para seguir con las disposiciones básicas
para la realización de una fuente de alimentación regulada,
incluyendo desde el transformador de entradahasta la carga a
alimentar.
Se verán con detenimiento los bloques de rectificación de tensión,
filtrado por condensador y estabilización de la tensión de salida.

Contenido
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11

Reseña histórica
Conceptos básicos
Circuitos con diodos. Recortadores
Rectificador de media onda
Rectificador de onda completa
Filtrado por condensador
Diodozener. Características y aproximaciones
Circuito estabilizador con diodo zener
Ejercicios tipo
Problemas propuestos
Bibliografía

3

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Electrónica analógica: Análisis y diseño

3.1 Reseña histórica
William Bradford Shockley (1910-1989). Físico estadounidense, premiado con el
Nobel y coinventor del transistor. Nació en Londres de padres estadounidenses.
Trabajó en los laboratoriosde la Compañía Telefónica Bell desde 1936 hasta
1956, año en que fue nombrado director de la Shockley Transistor Corporation en
Palo Alto, California. Sus investigaciones sobre los semiconductores le llevaron al
desarrollo del transistor en 1948. Por esta investigación compartió en 1956 el
Premio Nobel de Física con sus asociados John Bardeen y Walter H. Brattain. La
ecuación del diodo oecuación de Shockley lleva su nombre en su honor.

Clarence Melvin Zener (1905-1993). Físico estadounidense que descubrió el
efecto que lleva su nombre en los diodos semiconductores. Con amplios
conocimientos de matemáticas, escribió sobre una gran variedad de materias,
entre ellas la superconductividad, la metalurgia, etc. Tras doctorarse en Física en
la Universidad de Harvard en 1930, enseñóen varias universidades del país y
trabajó durante un breve periodo en Westinghouse.

3.2 Conceptos básicos
El valor medio de la corriente que circula por un componente electrónico se define
como el área de un ciclo de la curva dividido por el período de la señal.

I medio = I cc =

1 2π
i dα
2 π ∫0

(3.1)

El valor eficaz o RMS (Root Mean Square) de la corriente que circula por uncomponente electrónico se define como la raíz cuadrada del cuadrado del área de un ciclo de
la curva dividido por el período de la señal.

I ef =

1 2π 2
i dα
2 π ∫0

(3.2)

El factor de forma, FF, se define como la relación entre la tensión en valor eficaz y la
tensión en valor medio de una señal.
V
V
(3.3)
FF = ef = ef
Vmedio Vcc
El factor de rizado, FR, se define como larelación entre la tensión en valor eficaz de la
ondulación residual y la tensión en valor medio. Este factor da una indicación de las
componentes alterna que tiene una señal.
FR =

Vef ondulación
Vcc

=

2
2
Vef − Vcc

Vcc

=

2
Vef
2
cc

V

− 1 = FF2 − 1

(3.4)

Capítulo 3: Circuitos con diodos. Diodos zener

35

3.3 Circuitos con diodos. Recortadores
Cabría recordaralgunos de los circuitos con diodos más típicos. Puede observarse en
ellos el dibujo esquemático y las gráficas de salida de los mismos. Se ha incluido la fórmula
de cálculo de la tensión de salida o la tensión de inicio de funcionamiento.
•

Recortador positivo de nivel. Se utiliza para eliminar una porción del semiperíodo
positivo de la señal. Como se muestra, el semiperíodo negativoqueda inalterado.
Sólo indicar la disminución de la tensión debido a la pérdida sufrida por el divisor
formado por R1 y RLoad. La ecuación 3.5 está formada por una sumando,
aproximadamente constante, más otro sumando que añade una perturbación.
Atenuada por la relación de la resistencia dinámica del diodo y la resistencia
limitadora del mismo. Figura 3.1.

a)

b)

Figura 3.1: a) Circuito...