UNMSM FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA, ELÉCTRICA Y TELECOMUNICACIONES
MATRÍCULA
APELLIDOS Y NOMBRES
Castillo Mayta , Christian Lévano Robles, Lucie Elizabeth Cano Quispe, Michell Anthony Pumachagua Avila, Cristhian Rubén Santos Carrión, Raúl
16190112 17190033 17190105 16190139 16190146
CURSO
TEMA
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
EL DIODO ZENER. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS
FECHAS
INFORME
FINAL
NOTA
REALIZADO
ENTREGADO
23/05/18
30/05/18
NÚMERO
4
GRUPO
PROFESOR
GRUPO L3
ING.LUIS PARETTO
EXPERIMENTO DE LABORATORIO N°4: I.TEMA: EL DIODO ZENER. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS. II.OBJETIVOS: 1. Verificar experimentalmente las características de funcionamiento del Diodo Zener. III. INTRODUCCIÓN TEÓRICA:
¿Qué es un Diodo Zener? Los diodos zener, zener diodo o simplemente zener, son diodos que están diseñados para mantener un voltaje constante en sus terminales, llamado Voltaje o Tensión Zener (Vz) cuando se polarizan inversamente, es decir cuando está el cátodo con una tensión positiva y el ánodo negativa. Un zener en conexión con polarización inversa siempre tiene la misma tensión en sus extremos (tensión zener).
Como Funciona un Diodo Zener Cuando lo polarizamos inversamente y llegamos a Vz el diodo conduce y mantiene la tensión Vz constante, aunque nosotros sigamos aumentando la tensión en el circuito. La corriente que pasa por el diodo zener en estas condiciones se llama corriente inversa (Iz). Se llama zona de ruptura por encima de Vz. Antes de llegar a Vz el diodo zener NO Conduce. Es un regulador de voltaje o tensión. Cuando está polarizado directamente el zener se comporta como un diodo normal. Pero mientras la tensión inversa sea inferior a la tensión zener, el diodo no conduce, solo conseguiremos tener la tensión constante Vz, cuando esté conectado a una tensión igual a Vz o mayor. Aquí se observa una curva característica de un zener:
Para el zener de la curva vemos que se activaría para una Vz de 5V (zona de ruptura), lógicamente polarizado inversamente, por eso es negativa. En la curva de la derecha vemos que sería conectado directamente, y conduce siempre, como un diodo normal. Este diodo se llamaría diodo zener de 5V, pero podría ser un diodo zener de 12V, etc. Sus dos características más importantes son su Tensión Zener y la máxima Potencia que pueden disipar = Pz (potencia zener). La relación entre Vz y Pz nos determinará la máxima corriente inversa, llamada Iz máx. OJO si sobrepasamos esta corriente inversa máxima el diodo zener puede quemarse, ya que no será capaz de disipar tanta potencia. Para evitar que nunca pasemos de la corriente inversa máxima, los diodos zener se conectan siempre con una resistencia en serie que llamamos "Resistencia de Drenaje". La conexión básica de un diodo zener en un circuito, sería:
La Rs (resistencia en serie con el zener) sería la resistencia de drenaje que sirve para limitar el flujo de corriente por el zener y la Rl es la Carga a elemento de salida que va a tener la tensión zener constante por estar en paralelo con el diodo zener. ¿Te das cuenta de que la conexión es inversa? Así se conectan siempre el diodo zener. En el circuito anterior la tensión de salida se mantendrá constante, siempre que sea superior a la Vz, y además será independiente de la tensión de entrada Vs. Esto nos asegura que la carga siempre estará a la misma tensión. Si aumentamos por encima de Vz la tensión de entrada Vs a la salida tendremos siempre la tensión constante igual a Vz. La Rs absorbe la diferencia de tensión entre la entrada y la salida. ¿Cómo se calcula la Rs? Rs = (Vs- Vo)/ (Il + Iz) Siendo Vs la tensión de entrada del regulador, Vo la tensión de salida, que
será igual a Vz, Il es la intensidad de carga máxima e Iz la intensidad o corriente a través del diodo zener. Esta última se escoge siempre de un valor del 10% o del 20% de la corriente máxima.
¿Para qué sirve un diodo Zener? Estos diodos se utilizan como reguladores de tensión o voltaje para determinadas tensiones y resistencias de carga. Con un zener podemos conseguir que a un componente (por ejemplo, un altavoz) siempre le llegue la misma tensión de forma bastante exacta. Otro uso del zener es como elemento de protección de un circuito para que nunca le sobrepase una determinada tensión a la carga del circuito. Los zener deben diseñarse para que sean capaces de soportar la potencia de la carga, de otra forma podrían llegar a bloquearse o incluso quemarse.
IV. MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO: a. Una Fuente de Corriente Continua de Voltaje Ajustable.
b. Un multímetro Digital.
c. Miliamperímetro Analógico de C.C.
d. Un Voltímetro Analógico de C.C.
e. Un Diodo Zener
f. Resistencias de 100Ω, 330Ω y 4.7 k Ω.
g. Cables con conectores cocodrilo/banano (10)
V. PROCEDIMIENTO: 1.
Usando el ohmímetro, medir las resistencias directa e inversa del diodo zener.
R directa(Ω) 1.177 k
R inversa(Ω) >40M
2. Armar el circuito de la figura 1.
a. Consultando con el profesor, aumentar lentamente el voltaje a fin de observar y medir los datos registrados por los instrumentos, la tabla 2 se confeccionará tomando como base el voltaje nominal del diodo zener.
Tabla 2. Vcc(v.) Vz(v.) Iz(mA)
3.8 3.79 0.1
4 4.3 4.6 3.978 4.23 4.38 0.2 0.5 1
4.75 4.51 2
4.9 4.57 3
5.2 4.62 5
5.55 4.66 8
5.8 4.68 10
6 4.69 12
6.4 6.9 4.71 4.73 15 20
b. Invertir el diodo a fin de verificar la polarización directa, confeccionando la tabla 3.
Tabla 3. Vcc(v.) 0.7 0.67 Vz(v.) Iz(mA) 0.1
0.72 0.79 0.89 0.69 0.718 0.73 0.2 0.5 1
1 0.75 2
1.1 0.76 3
1.35 1.69 1.9 2.1 0.779 0.792 0.798 0.8 5 8 10 12
2.45 0.81 15
3. Armar el circuito de la figura 2.
a. Aumentar lentamente el voltaje aplicado, observando y anotando los valores que registran los instrumentos.
Tabla 4. Con carga VAA 3.5 4 4.5 5
VZ(z) 3.268 3.689 4.015 4.28
Iz(mA) 0.05 0.1 0.25 0.652
Sin carga (RL=∞)
It(mA) 0.73 0.88 1.11 1.61
Vz(v.) 3.46 3.862 4.18 4.38
Iz(mA) 0.05 0.15 0.45 1.05
It(mA) 0.03 0.14 0.43 1.02
3 0.817 20
VI. CUESTIONARIO FINAL: 1. Usando los daros de las tablas 2 y 3, construir la curva característica del diodo Zener, identificar el codo Zener y también la corriente nominal.
IZ(mA.) 20 15 12 10 8 5 3 2 1 0.5 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.5 -1 -2 -3 -5 -8 -10 -12 -15 -20
VCC(v.)
VZ (v.)
3
0.817
2.45
0.81
2.1
0.8
1.9
0.798
1.69
0.792
1.35
0.779
1.1
0.76
1
0.75
0.89
0.73
0.79
0.718
0.72
0.69
0.7
0.67
-3.8
-3.79
-4
-3.978
-4.3
-4.23
-4.6
-4.38
-4.75
-4.51
-4.9
-4.57
-5.2
-4.62
-5.55
-4.66
-5.8
-4.68
-6
-4.69
-6.4
-4.71
-6.9
-4.73
Valores Iz
25
20
15
10
5
r e n e z e d e t n e i r r o c
-6
0 -5
-4
-3
-2
-1
0
-5
-10
-15
-20
voltaje de zener
-25
1
2
Codo Zener o corriente de ruptura mínima(Izk) = 0.1 A Corriente nominal (Iz) = 0.125 A
2. Usando los datos de las tablas 2 y3, determinar las resistencias dinámicas de Zener y de polarización directa, respectivas.
Datos TABLA 2(Polarización Inversa) Vcc(v.) Vz(v.) Iz(mA)
3.8 3.79 0.1
4 4.3 4.6 3.978 4.23 4.38 0.2 0.5 1
4.75 4.51 2
4.9 4.57 3
5.2 4.62 5
5.55 4.66 8
5.8 4.68 10
6 4.69 12
Ahora hallamos el valor de la Resistencia Dinámica del DIODO ZENER polarizado inversamente. Usamos para esto la siguiente ecuación =
− ( − 1) − ( − 1)
Rzn = Resistencia de Zener dinámica Entonces con los datos de la tabla 2 : 1 = 2 =
3.978 − 3.79 (0.2 − 0.1)
= 1880
4.23 − 3.978 = 840 (0.5 − 0.2)
7 = 8 =
4.66 − 4.62 (8 − 5)
= 13.3
4.68 − 4.66 = 10 (1 0 − 8)
6.4 6.9 4.71 4.73 15 20
3 = 4 = 5 = 6 =
4.38 − 4.23 (1 − 0 . 5) 4.51 − 4.38 (2 − 1) 4.57 − 4.51 (3 − 2)
4.69 − 4.68
= 300
9 =
= 130
10 =
= 60
11 =
(12 − 10)
=5
4.71 − 4.69 (15 − 12) 4.73 − 4.71 (20 − 15)
= 6.67 =4
4.62 − 4.57 = 25 (5 − 3)
Haciendo un análisis podemos ver que la resistencia del Zener polarizado inversamente va disminuyendo cada vez que el voltaje de la fuente aumenta, y esto es correcto ya que, si la corriente del Zener aumenta entonces para que el voltaje Zener se mantenga constante, su resistencia debe disminuir
Datos TABLA 3(Polarización Directa) Vcc(v.) 0.7 0.67 Vz(v.) Iz(mA) 0.1
0.72 0.79 0.89 0.69 0.718 0.73 0.2 0.5 1
1 0.75 2
1.1 0.76 3
1.35 1.69 1.9 2.1 0.779 0.792 0.798 0.8 5 8 10 12
2.45 0.81 15
Ahora hallamos el valor de la Resistencia Dinámica del DIODO ZENER polarizado directamente. Usamos la misma ecuación que el caso anterior y tenemos:
1 = 2 = 3 = 4 = 5 = 6 =
0.69 − 0.67 (0.2 − 0.1) 0.718 − 0.69 (0.5 − 0.2) 0.73 − 0.718 (1 − 0 . 5) 0.75 − 0.73 (2 − 1) 0.76 − 0.75 (3 − 2)
7 =
= 93.33
8 =
= 24
9 =
0.792 − 0.779 (8 − 5) 0.798 − 0.792 (1 0 − 8) 0.8 − 0.798 (12 − 10)
= 20
10 =
= 10
11 =
0.779 − 0.76 (5 − 3)
= 200
= 9.5
= 4.3 =3
=1
0.81 − 0.8 (1 5 − 1 2)
= 3.33
0.817 − 0.81 (20 − 15)
= 1.4
3 0.817 20
3. Verificar el porcentaje de regulación usando los resultados de la tabla 4, haga sus comentarios al respecto.
Con carga
4.
VAA 3.5 4 4.5 5
VZ(z) 3.268 3.689 4.015 4.28
Iz(mA) 0.05 0.1 0.25 0.652
It(mA) 0.73 0.88 1.11 1.61
Sin carga (RL=∞)
Vz(v.) 3.46 3.862 4.18 4.38
Iz(mA) 0.05 0.15 0.45 1.05
It(mA) 0.03 0.14 0.43 1.02
Fórmula para hallar el porcentaje de regulación:
%=
VAA 3.5 4 4.5 5
−
100%
Vz(sin carga) Vz(con carga) Porcentaje de regulación 3.46
3.268
5.54%
3.862
3.689
4.47%
4.18
4.015
3.94%
4.38
4.28
2.28%
Un diodo Zener ideal utilizado como regulador tendría como característica principal que la tensión entre sus terminales no variaría si es que se le coloca una carga. Para un regulador real, cuando se le coloca una carga, la demanda de corriente total incrementa, esto es precisamente lo que ocasiona que la tensión en los terminales del Zener disminuya. Un buen regulado es aquel que su porcentaje de regulación es lo más pequeño posible. De la tabla con los valores del porcentaje de regulación podemos ver que estos valores no son muy grandes y que incluso decrece a medida que se incrementa la tensión de la fuente VAA
VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
El Diodo Zener, al igual que un Diodo Rectificador, conduce en directa. A diferencia del Diodo Rectificador visto en el experimento anterior, el Diodo Zener está diseñado para funcionar mejor en la región inversa (con polarización en inversa). El Diodo Zener presente una resistencia pequeña en directa. El Zener se comporta como un circuito abierto cuando esta polarizado en inversa, hasta que la tensión en sus terminales supera la tensión característica del zener, en ese instante la tensión en sus terminales es aproximadamente constante y es igual a la tensión característica del Zener determinada por el fabricante. El Zener utilizado como regulador tiene un buen desempeño, pero si queremos una tensión que no varíe al colocar una carga no es muy adecuado, ya que la tensión en el Zener varia cuando la carga es mayor. Un diodo Zener puede ser representado en un circuito eléctrico como una resistencia muy pequeña, conectada en serie con una fuente de tensión, la cual tiene como valor el mismo valor que la tensión característica del Zener.
VIII. BIBLIOGRAFÍA: http://unicrom.com/diodo-zener/ http://www.areatecnologia.com/electronica/diodo-zener.html https://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_Zener
