B08 Zener Estabilizador De Voltaje

Lección B08: Diodo Zener, estabilización de tensión

LECCIÓN B08: DIODO ZENER, ESTABILIZACIÓN DE TENSIÓN

OBJETIVOS • Análisis de la curva característica corriente-tensión. • Estudio del estabilizador de tensión "resistencia-diodo Zener" y características de la tensión estabilizada. • Medidas en el circuito en función de la carga. MATERIAL • Unidad básica para sistema IPES (Unidad de alimentación mod. PS1PSU/EV, Caja de soporte de los módulos mod. MU/EV, Unidad de control individual mod. SIS1/SIS2/SIS3) • Módulo de experimentación mod. MCM3/EV • Osciloscopio con sonda diferencial • Multímetro B08.1 NOCIONES TEÓRICAS El diodo Zener es un diodo de semiconductor realizado para su utilización en la zona de ruptura (Breakdown). El funcionamiento del diodo Zener puede resumirse de la manera siguiente: • cuando está POLARIZADO DIRECTAMENTE se comporta como un diodo corriente (fig. B08.1); • cuando está POLARIZADO INVERSAMENTE se comporta como un diodo corriente hasta alcanzar la tensión de ruptura (denominada también tensión de Zener Vz). A este punto la corriente inversa aumenta rápidamente, mientras que la tensión en sus extremos se mantiene prácticamente constante.

fig. B08.1 - 54 -

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Resistencia diferencial En un diodo Zener real la tensión de ruptura varía, si bien de poco, al variar la corriente. Su curva característica resulta ligeramente inclinada y la pendiente corresponde al inverso de una resistencia, denominada "resistencia diferencial rz". El diodo Zener, cuando está polarizado en la zona de ruptura, puede representarse con una batería Vz (tensión de Zener) conectada en serie a la resistencia rz (fig. B08.2). Si el Zener está polarizado correctamente, la resistencia rz vale algunos ohmios.

fig. B08.2 Estabilizador de tensión En la figura B08.3 se muestra un circuito estabilizador de tensión con diodo Zener, el cual está polarizado inversamente en la zona de ruptura por la tensión Vi y la resistencia R. Con un valor de R adecuado y suponiendo el diodo Zener ideal, la tensión Vo resulta constante al variar RL porque es impuesta por el diodo mismo. El análisis del estabilizador con diodo Zener conduce a las siguientes consideraciones: • si la corriente IL de la carga aumenta, disminuye la corriente Iz del diodo Zener • si IL disminuye, aumenta Iz • si la tensión de entrada Vi aumenta, aumenta también Iz • si Vi disminuye, disminuye también Iz.

fig. B08.3

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Estabilización de la tensión al variar la carga Hágase referencia a la figura B08.4, considerando inicialmente el diodo Zener ideal. La tensión Vo en la carga es constante; por consiguiente, también la corriente I resulta constante y vale: I = (Vi - Vo) / R Por lo tanto, una variación de la corriente IL de la carga provoca una variación opuesta de la corriente de Zener Iz: ∆IL = - ∆Iz Si se considera un diodo Zener real, es preciso tener en cuenta también la resistencia rz, y para el circuito que se muestra en la figura se obtiene: ∆Vo = rz⋅∆Iz = -rz⋅∆EL

fig. B08.4 Estabilización de la tensión de salida al variar la tensión de entrada Hágase referencia a la figura B08.4. Considerando el diodo Zener ideal, al variar la tensión de entrada Vi la tensión de salida Vo se mantiene constante, así como también la corriente IL en la carga. Una variación de Vi provoca una variación de I, por consiguiente, una variación de Iz: ∆I =

∆Vi/R = ∆Iz

Teniendo en cuenta también rz se extrae: ∆Vo = rz⋅ ∆Iz = (rz/R)⋅∆Vi

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