LABORATORIO DE ELECTRNICA GENERAL Practica N 3

1. Tema: Diodo Zener

2. Objetivos:

Verificar el comportamiento de los diodos Zener como reguladores de tensin. Determinar la carga mnima para la regulacin para Vin constante Determinar el voltaje de entrada mnimo para regulacin para RL fija Analizar el comportamiento de los diodos Zener como rectificadores.

3. Materiales:

Fuente de voltaje Ampermetro Voltmetro Generador de seal Diodo zener, resistencias, potencimetro 1K Protoboard Osciloscopio

4. Trabajo preparatorio

4.1 Qu hace un regulador con Zener?

Un circuito regulador con Zener es una aplicacin de dicho diodo donde la principal funcin es regular el voltaje. Los reguladores de voltaje que se utilizan con fuentes de poder de CD ayudan a mantener el voltaje a travs de la carga constante o casi constante bajo condiciones variables de corriente de carga o voltaje de entrada. Es el regulador de tensin ms sencillo. Consiste en una resistencia serie de entrada y el diodo zener en paralelo con la carga como se muestra la imagen 1. Cuando la tensin de entrada aumenta se produce un aumento de la corriente de entrada, como la tensin del diodo zener es constante, absorbe el exceso de corriente, mientras la resistencia de entrada absorbe esta variacin de tensin. Si se produce una disminucin de la tensin de entrada la cada de tensin en la resistencia de entrada disminuir, compensando la disminucin inicial, por el zener circular menor corriente.

Del circuito se deduce que para que el zener estabilice correctamente, la tensin

mnima a su entrada (UIN), debe ser mayor que la tensin de referencia del zener (Vz).

Tambin hay un lmite de tensin mxima debida a las limitaciones de potencia del

dispositivo. Si se cumplen estas premisas, la tensin en la carga ser muy aproximada

igual a la del zener.

Las ecuaciones bsicas del circuito son las siguientes:

Donde Vin es la tensin de entrada, Vr la tensin en la resistencia serie y Vz la tensin

del zener o de la resistencia de carga.

Donde Ie es la corriente de entrada, Iz la corriente por el zener e Is la corriente por la

carga.

Imagen 1

4.2 Determine la forma de onda de salida en la figura si Vin = 30Vpp y los

zener son de 6V. Realice tambin la simulacin en proteus.

Figura 1.1 Zener como rectificador

Nota: Refirase a la bibliografa: Dispositivos Electrnicos de Floyd, 8va edicin, capitulo 3 pgina 120, Limitadores con Zener.

Cuando el Voltaje de entrada vi es Positivo (+15V) Z1 acta como un diodo de Si (0,7V), mientras Z2 se activa !! = 6 !"# = !! + !! !"# = 0,7 + 6 !"# = 6,7 Cuando el Voltaje de entrada vi es Negativo (-15V) Z2 acta como un diodo de Si (-0,7V), mientras Z1 se activa !! = 6 !"# = !! + !! !"# = 0,7 6 !"# = 6,7

Forma de onda de salida en la figura 1.1 si Vin = 30Vpp

Forma de onda de salida en la figura 1.1 si Vin = 30Vpp en Proteus 7.9

4.3 Para la siguiente figura :

Figura 1.2 Zener como regulador de tensin

Calcule Is, IL, IZ , VL para P= 1K Calcule Is, IL , Iz, VL para P = 0 Calcule IS, IL, IZ VL para P= 0.5K

P IL ( mA) IZ (mA) IS (mA) VL (mA) Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medido

1K 5.45 30.55 36 6 0.5K 10 26 36 6 0K 42.86 0 42.85 4.285

Calcule RL mnima para que el zener regule

!"#$ = !! ! !"#$ = 250 615 6 !"#$ = 166.66 Ohmios Clculos

P=1K

= !!!!!! .! = 1100250+ 1100 . 15 = .

V>Vz El Diodo zener se activa

! = ! =

! = ! !! ! = 15 6250 = . ! = !! ! = 61100 = . ! = ! ! ! = 0.036 0.00545 = .

P=0.5K = !!!!!! .! = 600250+ 600 . 15

= . V>Vz

El Diodo zener se activa ! = ! ! = 6

! = ! !! ! = 15 6250 = . ! = !!

! = 6600 = . ! = ! ! ! = 0.036 0.01 = .

P= 0 K = !!!!!! .! = 100250+ 100 . 15

= . V

Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador comn. Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante.

Curva caracterstica del diodo Zener

Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco. Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensin de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeo, pudiendo considerarse constante.

Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un gran rango de valores. A esta regin se le llama la zona operativa.

Esta es la caracterstica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene prcticamente constante para una gran variacin de corriente. Ver el grfico.

El clculo de la resistencia Rs est determinado por la corriente que pedir la carga (lo que vamos a conectara a esta fuente). Esta resistencia (resistor) se puede calcular con la siguiente frmula:

Rs = [Venmin - Vz] / 1.1 x ILmx

donde: Ven (min): es el valor mnimo del voltaje de entrada. (acordarse que es una tensin no regulada y puede variar)

IL (max): es el valor de la mxima corriente que pedir la carga. Una vez que se obtuvo Rs, se obtiene la potencia mxima del diodo zener, con ayuda de la siguiente frmula:

PD = [[ Venmin - Vz] / Rs - ILmin] x Vz

6. Procedimiento. 6.1 Arme el circuito de la figura 1.1 del trabajo preparatorio. Conecte el

osciloscopio para visualizar simultneamente las tensiones de entrada y salida. Dibuje la forma de onda de salida.

6.2 Implemente el circuito de la Figura 1.2 del trabajo preparatorio. Coloque el potencimetro en su valor mximo ( 1K), total RL= 1,1K. Mida las corrientes en RS, Zener y en la carga. Mida adems el voltaje de salida que es el voltaje sobre el zener. Vare el potencimetro segn los valores indicados en la tabla y mida las corrientes. Llene la tabla con los valores medidos

P IL ( mA) IZ (mA) IS (mA) VL (mA) Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medido Calculado Medido

1K 5.45 30.55 36 6 0.5K 10 26 36 6 0K 42.86 0 42.85 4.285

Figura 1.2 Zener como regulador de tensin

6.3 Disminuya el potencimetro y mida el voltaje sobre el zener, cuando deje de regular, usted ha encontrado la RL mnima para que el zener regule

RLmn = 166.66 Ohmios

7. Anlisis de resultados Compare los valores medidos con los calculados en el trabajo preparatorio: Analice los resultados

8. Preguntas Si la potencia mxima que puede disipar sin quemarse el diodo Zener es 1W , Cul es la tensin mxima que puede tener Vin cuando no se conecta la carga RL.

Segn el datasheet de la serie BZX85C6V2 Imax del zener en DC es 170 mA !" = ! !" 1 = 170 !" !" = 5.88