Diodo Zener

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Generalidades y formulas de diodo Zener

Text of Diodo Zener

  • GeneralidadesRegulador de tension

    Analisis grafico

    Diodo ZenerLeccion 03.2

    Ing. Jorge Castro-Godnez

    EL2207 Elementos ActivosEscuela de Ingeniera Electronica

    Instituto Tecnologico de Costa Rica

    I Semestre 2014

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 1 / 20

  • GeneralidadesRegulador de tension

    Analisis grafico

    Contenido

    1 Generalidades

    2 Regulador de tensionVi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi variable

    3 Analisis grafico

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 2 / 20

  • GeneralidadesRegulador de tension

    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.

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 3 / 20

  • GeneralidadesRegulador de tension

    Analisis grafico

    Generalidades (2)

    Smbolo de diodo

    Zener

    Curva caracterstica del diodo Zener ideal

    Ejemplo de aplicacin:

    regulador de voltaje

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 4 / 20

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    Analisis grafico

    Vi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi variable

    Regulador de Tension (1)

    +

    +

    replacements R

    RLVin VZ VL

    iL

    iR

    iZ

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 5 / 20

  • GeneralidadesRegulador de tension

    Analisis grafico

    Vi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi 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 IZmaxIZmax esta determinada por la potencia maxima del diodoZener

    IZmax =PZmaxVZ

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 6 / 20

  • GeneralidadesRegulador de tension

    Analisis grafico

    Vi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi 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.

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 7 / 20

  • GeneralidadesRegulador de tension

    Analisis grafico

    Vi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi 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 RLR +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.

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 8 / 20

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    Analisis grafico

    Vi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi 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

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 9 / 20

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    Analisis grafico

    Vi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi variable

    Vi fijo, RL variable (1)

    Debido al valor de VZ hay un rango de valores especfico paraR, y por lo tanto de corriente, que garantiza que el diodoZener este encendido

    RLmin =R VZVin VZ

    RL mnima establece una IL maxima.

    ILmax =VLRL

    =VZ

    RLmin

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 10 / 20

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    Analisis grafico

    Vi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi variable

    Vi fijo, RL variable (2)

    La cada de tension en R

    VR = Vin VZ

    IR =VRR

    IZ = IR ILSe define entonces valores de corriente mnima en a carga ypor lo tanto una resistencia maxima de carga

    ILmin = IR IZM

    RLmax =VZILmin

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 11 / 20

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    Analisis grafico

    Vi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi variable

    RL fija, Vi variable (1)

    Debe establecerse el rango de Vin que permita al diodo Zeneroperar correctamente:

    Vinmin =(RL +R)VZ

    RL

    IRmax = IZM + IL

    Vinmax = IRmaxR + VZ

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 12 / 20

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    Analisis grafico

    Vi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi 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

    220

    1, 2 k

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 13 / 20

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    Analisis grafico

    Lnea de carga (1)

    Caracterstica del circuito de entrada

    (fuente de voltaje no ideal)

    Circuito de entrada

    R

    Vin

    Vin

    R

    R

    Fuente ideal

    I

    V

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 14 / 20

  • GeneralidadesRegulador de tension

    Analisis grafico

    Lnea de carga (2)

    RL

    Vz

    RL

    RL

    RL Diodo Zener ideal

    I

    V

    Circuito de salida

    Caracterstica del circuito de salida

    IR

    IZ

    IRL

    IR

    VRL

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 15 / 20

  • GeneralidadesRegulador de tension

    Analisis grafico

    Lnea de carga (3)

    Caracterstica del

    diodo Zener ideal

    Caracterstica de circuito de entrada

    (fuente de voltaje no ideal)

    Caracterstica de

    resistencia de carga RL

    Caracterstica de

    circuito de salida

    Punto de operacin

    Circuito de entrada

    Circuito de salida

    VR

    IR

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 16 / 20

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    Analisis grafico

    Ejemplo

    Dibuje las lneas de carga en la curva caracterstica del diodoZener para el caso de maximo y mnimo 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

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 17 / 20

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    Analisis grafico

    Ejemplo

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 18 / 20

  • GeneralidadesRegulador de tension

    Analisis grafico

    Ejercicio

    Para el diodo Zener del circuito considere que VZ = 10 V yPZM = 400 mW

    +

    +

    R

    RLVZ VL

    iL

    iR

    iZ

    220

    20 V

    Determine VL, IL e IR para el circuito si RL = 180Determine el valor de RL que establecera las condicionesmaximas de potencia para el diodo Zener.Determine el valor mnimo de RL para asegurar que el diodoZener opere en la region de ruptura.

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 19 / 20

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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: Teora de circuitos y dispositivos electronicos.Pearson, 10ma edicion, 2009.

    Jorge Castro-Godnez Diodo Zener 20 / 20

    GeneralidadesRegulador de tensinVi y R fijosVi fijo, RL variableRL fija, Vi variable

    Anlisis grfico