Diodo Zener. Lección Ing. Jorge Castro-Godínez. II Semestre Escuela de Ingeniería Electrónica Instituto Tecnológico de Costa Rica

Transcripción

1 Diodo Zener Lección 03.2 Ing. Jorge Castro-Godínez Escuela de Ingeniería Electrónica Instituto Tecnológico de Costa Rica II Semestre 2013 Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 1 / 20

2 Contenido Generalidades 1 Generalidades 2 V i y R fijos V i fijo, R variable R L fija, V in variable 3 Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 2 / 20

3 Generalidades (1) El diodo Zener es un tipo especial de diodo que opera en la región de ruptura. Hacen uso del efecto Zener o por avalancha. A.K.A. diodos de ruptura. Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 3 / 20

4 Generalidades (2) Símbolo de diodo Zener Curva característica del diodo Zener ideal Ejemplo de aplicación: regulador de voltaje Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 4 / 20

5 V i y R fijos V i fijo, R variable R L fija, V in variable Regulador de Tensión (1) replacements i R R + V in V Z V L + R L i Z i L Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 5 / 20

6 V i y R fijos V i fijo, R variable R L fija, V in variable Regulador de Tensión (2) R: resistencia de limitación de corriente. La fuente debe ser capaz de polarizar el diodo Zener a la tensión de ruptura. Corriente de operación del diodo Zener: I Zmin 0, 1 I Zmax I Zmax Zener está determinada por la potencia máxima del diodo I Zmax = P Z max V Z Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 6 / 20

7 V i y R fijos V i fijo, R variable R L fija, V in variable Regulador de Tensión (3) El diodo Zener permite establecer niveles de tensión de referencia, i.e., un regulador. Un regulador es una combinación de elementos diseñados para garantizar que la tensión de salida de una fuente permanezca más o menos constante. Actua como un dispositivo de potección. Existen 3 casos valiosos de análizar. Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 7 / 20

8 V i y R fijos V i fijo, R variable R L fija, V in variable V i y R fijos (1) Se debe determinar el estado del diodo Zener eliminándolo del circuito y calculando la tensión a través del circuito abierto resultante. V = V L = V in R L R + R L Si V V Z el diodo Zener está encendido. Se reemplaza por el modelo equivalente. Si V < V Z el diodo Zener está apagado. Se reemplaza el diodo por un abierto. Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 8 / 20

9 V i y R fijos V i fijo, R variable R L fija, V in variable V i y R fijos (2) Se debe tener presente que: V L = V Z I R = I Z + I L La potencia disipada por el diodo Zener no debe sobrepasar el valor indicado por el fabricante: P Z = V Z I Z Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 9 / 20

10 V i y R fijos V i fijo, R variable R L fija, V in variable V i fijo, R variable (1) Debido al valor de V Z hay un rango de valores específico para R, y por lo tanto de corriente, que garantiza que el diodo Zener esté encendido R Lmin = R V Z V in V Z R L mínima establece una I L máxima. I Lmax = V L R L = V Z R Lmin Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 10 / 20

11 V i y R fijos V i fijo, R variable R L fija, V in variable V i fijo, R L variable (2) La caída de tensión en R V R = V in V Z I R = V R R I Z = I R I L Se define entonces valores de corriente mínima en a carga y por lo tanto una resistencia máxima de carga I Lmin = I R I ZM R Lmax = V Z I Lmin Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 11 / 20

12 V i y R fijos V i fijo, R variable R L fija, V in variable R L fija, V in variable (1) Debe establecerse el rango de V in que permita al diodo Zener operar correctamente: V inmax = (R L + R)V Z R L I Rmax = I ZM + I L V inmax = I Rmax R + V Z Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 12 / 20

13 Ejemplo Generalidades V i y R fijos V i fijo, R variable R L fija, V in variable Determine la tensión V in que permita al diodo Zener estar encendido. Para este diodo Zener se tiene que V Z = 20 V y I ZM = 60 ma R i R 220Ω + + V in V Z V L i Z i L R L 1, 2 kω Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 13 / 20

14 Línea de carga (1) Circuito de entrada Característica del circuito de entrada (fuente de voltaje no ideal) Vin I R R R Fuente ideal Vin V Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 14 / 20

15 Línea de carga (2) Circuito de salida Característica del circuito de salida I R I R L I Z R L I R I RL R L V RL R L Vz Diodo Zener ideal V Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 15 / 20

16 Línea de carga (3) Circuito de entrada Circuito de salida Característica del diodo Zener ideal Característica de circuito de salida Característica de resistencia de carga R L Punto de operación I R Característica de circuito de entrada (fuente de voltaje no ideal) V R Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 16 / 20

17 Ejemplo Generalidades Dibuje las ĺıneas de carga en la curva característica del diodo Zener para el caso de máximo y mínimo voltaje de entrada y calcule la corriente, el voltaje y la potencia en todos los elementos. Dibuje U A en función del tiempo. Calcule la corriente a través de R V cuando la magnitud del voltaje de entrada es máximo y está conectada al circuito de polaridad opuesta. Vz =6V Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 17 / 20

18 Ejemplo Generalidades Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 18 / 20

19 Ejercicio Generalidades Para el diodo Zener del circuito considere que V Z = 10 V y P ZM = 400 mw R i R + 20 V 220Ω V Z + VL R L i Z i L Determine V L, I L e I R para el circuito si R L = 180Ω Determine el valor de R L que establecerá las condiciones máximas de potencia para el diodo Zener. Determine el valor mínimo de R L para asegurar que el diodo Zener opere en la región de ruptura. Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 19 / 20

20 Referencias Bibliográficas I A. Sedra, K. Smith. Circuitos Microelectrónicos. McGraw-Hill, 5ta edición, R. Boylestad, L. Nashelsky. Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Pearson, 10ma edición, Jorge Castro-Godínez Diodo Zener 20 / 20