3er lab diodo zener

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA

1Ing. Cuzcano Rivas Abilio

3er LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOSTEMA:

3 - DIODO ZENER

APELLIDOS Y NOMBRES:GRUPO HORARIO :CODIGO: .

A) OBJETIVOS:a. Reconocer las caractersticas de los diodos Zener.b. Realizar las medidas aplicando los diodos Zenerc. Relacionar los valores Tericos con los Prcticos.

B) BASE TECNICA DE COMPONESTES: Desarrollarlo OBLIGATORIO. Teora.Si la tensin de polarizacin inversa V R en la que se produce el fenmeno de conduccin poravalancha es pequea (en mdulo) _ hablamos del diodo Zener Para una tensin inversa dada,llamada tensin Zener, sta se mantiene constante aunque la corriente vare.En polarizacin directa funciona como un diodo normal.Su smbolo circ2uital:

Aplicacin en la Electrnica.

Una de las aplicaciones ms usuales de los diodos zener es su utilizacin como reguladores detensin. La figura muestra el circuito de un diodo usado como regulador.

Este circuito se disea de tal forma que el diodo zener opere en la regin de ruptura,aproximndose as a una fuente ideal de tensin. El diodo zener est en paralelo con unaresistencia de carga RL y se encarga de mantener constante la tensin entre los extremos de laresistencia de carga (Vout=VZ), dentro de unos lmites requeridos en el diseo, a pesar de loscambios que se puedan producir en la fuente de tensin VAA, y en la corriente de carga IL.

Analicemos a continuacin el funcionamiento del circuito.Consideremos primero la operacin del circuito cuando la fuente de tensin proporciona un valorVAA constante pero la corriente de carga varia. Las corrientes IL = VZ/RL e IZ estn ligadas atravs de la ecuacin:

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 tambin (VR = IT * R). De estaforma la corriente total IT queda fijada a pesar de las variaciones de la corriente de carga. Estolleva a la conclusin de que si IL aumenta, IZ disminuye y viceversa (debido a la ecuacin (1)). Enconsecuencia VZ no permanecer absolutamente constante, variar muy poco debido a loscambios de IZ que se producen para compensar los cambios de IL.

Si ahora lo que permanece constante es la corriente de carga y la fuente de tensin VAA vara, unaumento de sta produce un aumento de IT y por tanto de IZ pues IL permanece constante, y locontrario si se produjera una disminucin de VAA. Tendramos lo mismo que antes, una tensin desalida prcticamente constante, las pequeas variaciones se produciran por las variaciones de IZpara compensar las variaciones de VAA.

Diseo del Regulador Zener

Es importante conocer el intervalo de variacin de la tensin de entrada (VAA) y de la corriente decarga (IL) para disear el circuito regulador de manera apropiada. La resistencia R debe serescogida de tal forma que el diodo permanezca en el modo de tensin constante sobre el intervalocompleto de variables.

La ecuacin del nodo para el circuito de la figura del punto anterior nos dice que:

Para asegurar que el diodo permanezca en la regin de tensin constante (ruptura), se examinanlos dos extremos de las condiciones de entrada salida:

1. La corriente a travs del diodo IZ es mnima cuando la corriente de carga IL es mxima y lafuente de tensin VAA es mnima.

2. La corriente a travs del diodo IZ es mxima cuando la corriente de carga IL es mnima y lafuente de tensin VAA es mxima.

Cuando estas caractersticas de los dos extremos se insertan en la ecuacin (3), se encuentra:

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

En un problema prctico, es razonable suponer que se conoce el intervalo de tensiones deentrada, el intervalo de corriente de salida y el valor de la tensin zener deseada. La ecuacin (6)representa por tanto una ecuacin con dos incgnitas, las corrientes zener mxima y mnima.

Se encuentra una segunda ecuacin examinando la siguiente figura (curva Id / Vd) Para evitar laporcin no constante de la curva caracterstica una regla prctica que constituye un criterio dediseo aceptable es escoger la mxima corriente zener 10 veces mayor que la mnima, es decir:




La ecuacin (6) se podr entonces reescribir de la siguiente manera:

Resolviendo entonces para la mxima corriente zener, se obtiene:

Ahora que se tiene la mxima corriente zener, el valor de R se puede calcular de cualquiera de lasecuaciones (4) (5). No es suficiente con especificar el valor de R, tambin se debe seleccionar laresistencia apropiada capaz de manejar la potencia estimada. La mxima potencia vendr dadapor el producto de la tensin por la corriente, utilizando el mximo de cada valor.

Valores ms utilizados en el clculo de Reguladores con Diodos Zener

En el clculo para el diseo de Reguladores con diodos Zener, se mantienen exactamente losmismos parmetros utilizados para el clculo de un circuito rectificador con filtro, ms la adicin delos parmetros del diodo zener que se explican a continuacin y que pueden ser observados en lacurva caracterstica:




Voltaje Zener Nominal (VZ): Como su nombre lo indica, este es el voltaje al cual el diodo zenerse enciende en polarizacin inversa y bajo condiciones de temperatura normales. Los zener vienenpara tensiones entre 1,8V y 200V. Este parmetro se usa de referencia para comprar el diodozener.

Tolerancia: Similar a la utilizada para resistencias, nos indica el rango de error que se puedeesperar en el voltaje zener nominal, son comunes tolerancias del 20%, 10%, 5% y 1% (Ej. Un zenerde 10V / 20% puede tener un voltaje zener entre 8V y 12V). Obviamente a menor tolerancia mayorcosto.

Intensidad Zener Mnima: A diferencia del diodo comn, el zener aparte de necesitar un voltajemayor al de ruptura para funcionar, necesita una corriente mnima de encendido. Debido a ladificultad de obtener este valor se considera siempre que tiene un valor de 5mA (Ver calculo).

Intensidad Zener Mxima (IZ MAX): Es la mxima intensidad que soporta el zener enpolarizacin inversa. Este parmetro es muy importante ya que existirn ocasiones en que la cargasea desconectada, por lo que la corriente de la carga pasar al zener y si es demasiado alta, elzener se quemar.

Potencia Disipada Mxima (PZ): Este parmetro es ms comnmente utilizado que la intensidadzener mxima y especifica la mxima potencia que puede disipar el empaque del zener en formade calor. Los zener vienen en potencias entre 0.25W a 50W. Este es el segundo parmetro que seusa de referencia para comprar el diodo zener. Si la potencia calculada es muy alta se puedeutilizar diodos zener en paralelo con el fin de dividir la corriente total, consiguiendo menosdisipacin de potencia por zener.

C) PRACTICA EN LABORATORIOa. Polarizacin Directa

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

VAA Vdz Iz Vr Rprac Rdiodo3 v

5 v

7 v10 v

12 v

V1

XMM1

XMM2

XMM3

XMM4700




13 v

15 v

20 v

b. Polarizacin 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 prctica los rangos para hallar los Valores mnimos y mximos en todas las medidas.Considerar la potencia de diodo Zener Pz=Vz * Iz de modo que Iz no supere en el circuito y dae al diodoZener.

D) INFORME OBLIGATORIO DETALLANDO AL MXIMO 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 terica.d. Realice la simulacin de cada caso y grafquelas.

10 VV118 V

XMM1

XMM2

XMM3

XMM4

270

1k

XMM9XMM10

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