4to lab diodo zener

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA

1 Ing. Cuzcano Rivas Abilio.

3er LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS

TEMA:

A) OBJETIVOS: a. Reconocer las características de los diodos Zener. b. Realizar las medidas aplicando los diodos Zener c. Relacionar los valores Teóricos con los Prácticos.

B) BASE TECNICA DE COMPONESTES: Desarrollarlo OBLIGATORIO.

Teoría. Si la tensión de polarización inversa V R en la que se produce el fenómeno de conducción por avalancha es pequeña (en módulo) _ hablamos del diodo Zener Para una tensión inversa dada, llamada tensión Zener, ésta se mantiene constante aunque la corriente varíe. En polarización directa funciona como un diodo normal. Su símbolo circ2uital:

Aplicación en la Electrónica.

Una de las aplicaciones más usuales de los diodos zener es su utilización como reguladores de tensión. La figura muestra el circuito de un diodo usado como regulador.

Este circuito se diseña de tal forma que el diodo zener opere en la región de ruptura, aproximándose así a una fuente ideal de tensión. El diodo zener está en paralelo con una resistencia de carga RL y se encarga de mantener constante la tensión entre los extremos de la resistencia de carga (Vout=VZ), dentro de unos límites requeridos en el diseño, a pesar de los cambios que se puedan producir en la fuente de tensión VAA, y en la corriente de carga IL. Analicemos a continuación el funcionamiento del circuito. Consideremos primero la operación del circuito cuando la fuente de tensión proporciona un valor VAA constante pero la corriente de carga varia. Las corrientes IL = VZ/RL e IZ están ligadas a través de la ecuación: IT = IL + IZ (1) Y para las tensiones: VAA=IT * R + VZ =VR + VZ (2) Por lo tanto, si VAA y VZ permanecen constantes, VR debe de serlo también (VR = IT * R). De esta forma la corriente total IT queda fijada a pesar de las variaciones de la corriente de carga. Esto lleva a la conclusión de que si IL aumenta, IZ disminuye y viceversa (debido a la ecuación (1)). En consecuencia VZ no permanecerá absolutamente constante, variará muy poco debido a los cambios de IZ que se producen para compensar los cambios de IL.

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Si ahora lo que permanece constante es la corriente de carga y la fuente de tensión VAA varía, un aumento de ésta produce un aumento de IT y por tanto de IZ pues IL permanece constante, y lo contrario si se produjera una disminución de VAA. Tendríamos lo mismo que antes, una tensión de salida prácticamente constante, las pequeñas variaciones se producirían por las variaciones de IZ para compensar las variaciones de VAA.

Diseño del Regulador Zener Es importante conocer el intervalo de variación de la tensión de entrada (VAA) y de la corriente de carga (IL) para diseñar el circuito regulador de manera apropiada. La resistencia R debe ser escogida de tal forma que el diodo permanezca en el modo de tensión constante sobre el intervalo completo de variables. La ecuación del nodo para el circuito de la figura del punto anterior nos dice que:

Para asegurar que el diodo permanezca en la región de tensión constante (ruptura), se examinan los dos extremos de las condiciones de entrada – salida: 1. La corriente a través del diodo IZ es mínima cuando la corriente de carga IL es máxima y la fuente de tensión VAA es mínima. 2. La corriente a través del diodo IZ es máxima cuando la corriente de carga IL es mínima y la fuente de tensión VAA es máxima. Cuando estas características de los dos extremos se insertan en la ecuación (3), se encuentra:

Igualando las ecuaciones (4) y (5) llegamos a que:

En un problema práctico, es razonable suponer que se conoce el intervalo de tensiones de entrada, el intervalo de corriente de salida y el valor de la tensión zener deseada. La ecuación (6) representa por tanto una ecuación con dos incógnitas, las corrientes zener máxima y mínima. Se encuentra una segunda ecuación examinando la siguiente figura (curva Id / Vd) Para evitar la porción no constante de la curva característica una regla práctica que constituye un criterio de diseño aceptable es escoger la máxima corriente zener 10 veces mayor que la mínima, es decir:

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La ecuación (6) se podrá entonces reescribir de la siguiente manera:

Resolviendo entonces para la máxima corriente zener, se obtiene:

Ahora que se tiene la máxima corriente zener, el valor de R se puede calcular de cualquiera de las ecuaciones (4) ó (5). No es suficiente con especificar el valor de R, también se debe seleccionar la resistencia apropiada capaz de manejar la potencia estimada. La máxima potencia vendrá dada por el producto de la tensión por la corriente, utilizando el máximo de cada valor.

Valores más utilizados en el cálculo de Reguladores con Diodos Zener En el cálculo para el diseño de Reguladores con diodos Zener, se mantienen exactamente los mismos parámetros utilizados para el cálculo de un circuito rectificador con filtro, más la adición de los parámetros del diodo zener que se explican a continuación y que pueden ser observados en la curva característica:

Voltaje Zener Nominal (VZ): Como su nombre lo indica, este es el voltaje al cual el diodo zener

se enciende en polarización inversa y bajo condiciones de temperatura normales. Los zener vienen para tensiones entre 1,8V y 200V. Este parámetro se usa de referencia para comprar el diodo zener.

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Tolerancia: Similar a la utilizada para resistencias, nos indica el rango de error que se puede

esperar en el voltaje zener nominal, son comunes tolerancias del 20%, 10%, 5% y 1% (Ej. Un zener de 10V / 20% puede tener un voltaje zener entre 8V y 12V). Obviamente a menor tolerancia mayor costo.

Intensidad Zener Mínima: A diferencia del diodo común, el zener aparte de necesitar un voltaje

mayor al de ruptura para funcionar, necesita una corriente mínima de encendido. Debido a la dificultad de obtener este valor se considera siempre que tiene un valor de 5mA (Ver calculo).

Intensidad Zener Máxima (IZ MAX): Es la máxima intensidad que soporta el zener en

polarización inversa. Este parámetro es muy importante ya que existirán ocasiones en que la carga sea desconectada, por lo que la corriente de la carga pasará al zener y si es demasiado alta, el zener se quemará. Potencia Disipada Máxima (PZ): Este parámetro es más comúnmente utilizado que la intensidad zener máxima y especifica la máxima potencia que puede disipar el empaque del zener en forma de calor. Los zener vienen en potencias entre 0.25W a 50W. Este es el segundo parámetro que se usa de referencia para comprar el diodo zener. Si la potencia calculada es muy alta se puede utilizar diodos zener en paralelo con el fin de dividir la corriente total, consiguiendo menos disipación de potencia por zener.

C) PRACTICA EN LABORATORIO

a. Polarización Directa

Considerar la potencia de diodo Zener Pz=Vz * Iz de modo que Iz no supere en el circuito y dañe al diodo Zener. Realizar las medidas para R= 700 Ohm encontrar el rango de VAAmin y VAAmax

VAA Vdz Iz Vr Rprac Rdiodo

3 v

5 v

7 v

10 v

12 v

13 v

15 v

20 v

V1

XMM1

XMM2

XMM3

XMM4

700Ω

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b. Polarización Inversa

VAA VR V RL Vz IR Iz I RL

3 v

5 v

7 v

10 v

12 v

13 v

15 v

20 v

Encontrar en forma práctica los rangos para hallar los Valores mínimos y máximos en todas las medidas. Considerar la potencia de diodo Zener Pz=Vz * Iz de modo que Iz no supere en el circuito y dañe al diodo Zener.

D) PRE- INFORME OBLIGATORIO DETALLANDO AL MÁXIMO TODAS LAS OCURRENCIAS

a. Explique el comportamiento del diodo semiconductor en cada caso. b. Explique la necesidad de usar cada diodo diferente en cada caso. c. Realice las operaciones de cada tabla en forma teórica. d. Realice la simulación de cada caso y grafíquelas.

10 V

V118 V

XMM1

XMM2

XMM3

XMM4

270Ω

1kΩ

XMM9

XMM10

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