Este documento describe los parámetros clave de las fuentes de voltaje reguladas y los diodos Zener. Explica cómo se puede usar un diodo Zener para regular el voltaje de salida de una fuente, manteniéndolo constante a pesar de las variaciones en la carga o el voltaje de entrada. También presenta un ejemplo numérico para verificar que un circuito de regulación propuesto cumple con los requisitos de corriente y potencia del diodo Zener.

1. PRINCIPIOS
DE
REGULACIÓN
FUENTE
REGULADA

2. PARÁMETROS
DE
LAS
FUENTES
DE
VOLTAJE
DC
REGULADAS
Regulación
de
Carga
Es
una
medida
de
la
capacidad
de
la
Fuente
de
Voltaje
DC
de
mantener
constante
su
voltaje
de
salida
ante
las
variaciones
de
la
carga
conectada
a
ella,
es
decir,
ante
las
variaciones
de
la
cantidad
de
corriente
que
debe
proporcionarle
al
circuito
que
está
alimentando.
VoImax
=
Voltaje
de
salida
a
plena
carga
(corriente
máxima)
con
voltaje
de
entrada
máximo
VoSC
=
Voltaje
de
salida
sin
carga
(corriente
cero)
con
voltaje
de
entrada
máximo
Cuanto
mejor
es
la
calidad
del
regulador
de
la
Fuente
de
Voltaje,
menor
es
la
Regulación
de
Carga.
€
RC =
VoIm ax −VoSC
VoIm ax
x100%

3. Regulación
de
Línea
Es
una
medida
de
la
capacidad
de
la
Fuente
de
Voltaje
DC
de
mantener
constante
su
voltaje
de
salida
cuando
varía
el
valor
del
voltaje
AC
aplicado
a
la
entrada
del
rectificador.
VoVimax
=
Voltaje
de
salida
a
plena
carga
cuando
el
voltaje
de
entrada
AC
es
máximo
VoVimin
=
Voltaje
de
salida
salida
a
plena
carga
cuando
el
voltaje
de
entrada
AC
es
mínimo
Cuanto
mejor
es
la
calidad
del
regulador
de
la
Fuente
de
Voltaje,
menor
es
la
Regulación
de
Línea.
€
RL =
VoVImax
−VoVImin
VoVImax
x100%

4.
EL
DIODO
ZENER

5. PARAMETROS
DEL
DIODO
ZENER
VZ0:
Voltaje
de
rodilla
del
zener.
VZK
-­‐
IZK
:
El
fabricante
especifica
un
valor
de
voltaje
del
zener
identificado
como
el
voltaje
de
rodilla
para
una
corriente
dada.
VZ
-­‐
IZT
:
El
fabricante
especifica
un
voltaje
de
zener
donde
el
dispositivo
ya
está
operativo
en
la
región
de
zener
para
una
corriente
dada
IZT.
Los
valores
VZ
-­‐
IZT
definen
el
punto
Q
en
la
gráfica.
rZ:
Resistencia
dinámica
o
resistencia
incremental
del
zener
en
el
punto
de
operación
Q.
Se
cumple
que
∆V
=
rZ∆I
Pz
max
:
El
fabricante
especifica
la
potencia
máxima
que
determina
la
corriente
máxima
que
puede
circular
por
el
dispositivo.
Si
VZ0
es
el
punto
en
el
cual
la
línea
recta
definida
por
1/rZ
intersecta
el
eje
horizontal,
el
zener
se
puede
modelar
con
una
fuente
de
voltaje
VZ0
en
serie
con
una
resistencia
rZ.
VZ
=
VZ0
+
rZIZ.

6. REGULACIÓN
CON
EL
DIODO
ZENER

7. FUENTE
DE
VOLTAJE
DC
REGULADA
CON
DIODO
ZENER

8. EJERCICIO
1
Se
tiene
una
fuente
regulada
en
la
que
el
voltaje
en
el
condensador
varía
entre
Vcmax
=15,57V
y
Vcmin=13,46V.
Resistencia
R1:
27Ω.
Resistencia
de
carga:
240Ω
Parámetros
zener:
VZ=12V;
rZ=
2Ω;
IZ=
2mA;
IZmin=
0,5mA:
PZ=
2W
De
los
datos:
IL=
12V
/
240Ω
=50mA
Determine
si
el
zener
está
siempre
en
su
región
de
regulación
y
dentro
del
rango
de
potencia
que
puede
disipar.
La
corriente
por
el
zener
es
mínima
cuando
el
voltaje
de
entrada
es
mínimo
y
la
corriente
por
la
carga
es
máxima.
Del
circuito:
Vmin
=
27Ω
(iZ+50mA)
+
12V
Dado
que
la
corriente
mínima
es
0,5mA,
el
zener
permanece
en
su
región
de
conducción.
€
iZ =
Vmin −12V
0,027kΩ
− 50mA =
13,46V −12V
0,027kΩ
− 50mA = 4,07mA

9. El
zener
disipa
la
mayor
potencia
cuando
se
desconecta
la
carga
y
el
voltaje
en
el
condensador
es
máximo
(Vcmax).
Para
calcular
la
corriente
máxima
es
necesario
utilizar
el
modelo
del
zener.
VZ
=
VZ0
+
rZIZ
VZ0
=
VZ
-­‐
rZIZ
=
12V-­‐2mAx2Ω
=
11,996V
Dado
que
el
zener
es
de
2W,
por
lo
tanto
está
dentro
el
rango
de
potencia
que
puede
disipar.
€
iZ max =
Vmax −Vzo
R1+ rZ
=
15,57V −11,996V
27Ω+ 2Ω
=123,24mA
€
VZ max =12V + iZ maxrZ =12V +123,24mAx2Ω =12,24V
€
PZ max = VZ maxiZ max =12,24Vx123,24mA =1,5W

10. Para
el
mismo
circuito
determine
el
factor
de
rizado
en
el
zener
y
en
el
condensador.
Cuando
el
voltaje
de
entrada
es
Vmin
y
la
corriente
de
carga
es
50mA,
consideramos
que
el
voltaje
del
zener
es
12V
(fórmula
inicial).
Cuando
el
zener
está
alimentando
la
carga
de
forma
que
por
ella
circule
50
mA,
por
la
resistencia
de
27Ω
está
circulando
la
corriente
de
zener
mas
la
corriente
de
carga
de
50mA
€
Vmax = R1 iZ + 50mA( )+ 2ΩxiZ +11,996V
€
iZ =
Vmax −11,996V − 27Ωx50mA
27Ω+ 2Ω
= 76,69mA
€
VZ = 76,69mAx2Ω+11.996 =12,15V
€
FRzener =
12,15V −12V
12,15V
x100% =1,23%
FRcondensador =
15,57V −13,46V
15,57V
x100% =13,55%

11. EJERCICIO
2
Análisis
completo
de
un
rectificador
tipo
puente
con
filtro
capacitivo
C=
100µF
R=390Ω
2W
Determine
el
voltaje
de
rizado,
el
factor
de
rizado,
el
tiempo
de
conducción
de
los
diodos,
la
corriente
pico
por
los
diodos,
la
potencia
promedio
consumida
por
cada
diodo,
la
potencia
en
la
carga,
la
corriente
rms
en
el
secundario
del
transformador
y
la
potencia
aparente
en
el
transformador.

12. Vsec
=
15
Vrms;
Vsec
pico
=21,21V;
Vcond
=
21,21V
–
1,4V
=
19,81V
Vmax
=
19,81V
Ir
=
19,81V
/
390Ω
=
50,8mA
Ir
=
C
∆V
/
∆t;
∆t
=
4,17ms
+
to;
Vmax
=
19,81V;
Ir
=
50,8mA;
C=
100µF
to
A
B
2,5x10-­‐3
0,17104
0,19097
2,6x10-­‐3
0,17361
0,16939
2,58x10-­3
0,17309
0,17361
€
25,64 4,17x10−3
+to
⎛
⎝
⎜ ⎞
⎠
⎟ = (1− sen377to)
€
Ir =
CV max(1− senωto)
Δt
Ir
CV max
4,17x10−3
+to
⎛
⎝
⎜ ⎞
⎠
⎟ = (1− senωto)

13. Vmin
=
Vmax
senwto
=
19,81
sen
(377x2,58x10-­‐3)
=
16,37V
∆V
=
Vmax
-­‐
Vmin
=
3,44V
FR
=
(∆V
/
Vmax)x100%
=
17,36%
tc
=
(T/4)
-­‐
to
=
4,
17ms
-­‐
2,58
ms
=
1,59ms
Idpico
=
100µFx(377rad/s)x19,81Vxcos(377x2,58x10-­‐3)
=
471,35mA
Pd =
Id maxVdtc
T
=
471,35mAx0,7Vx1,59ms
16,67ms
= 31,47mW
Irmssec =
1
T
i2
0
T
∫ dt =
2 Id max( )2
tc
T
=
2 471,35mA2⎛
⎝
⎜ ⎞
⎠
⎟1,59ms
16,67ms
= 205,9mA

14. PR
=
Vp2/
R
=
(19,81V)2/390Ω
=
1,01W
Paparente
sec
=
Vrmssec
Irmssec
=205,9
mA
x
15
V
=
3,09
VA

15. EJERCICIO
3
Análisis
completo
de
un
rectificador
tipo
puente
con
filtro
capacitivo
y
regulador
zener
C=
100µF
Vz=13V;
rZ
=
10Ω
R=430Ω,
2W
iZ
=
19mA;
Pz
=
1W
Vsec=
15Vrms
Determine
el
voltaje
de
rizado,
el
factor
de
rizado,
el
tiempo
de
conducción
de
los
diodos,
la
corriente
pico
por
los
diodos,
la
potencia
promedio
consumida
por
cada
diodo,
la
potencia
en
la
carga,
la
corriente
rms
en
el
secundario
del
transformador
y
la
potencia
aparente
en
el
transformador,
el
valor
de
R1
para
que
el
zener
regule
correctamente
(1N4743A),
el
factor
de
rizado
en
el
condensador
y
en
la
carga,
la
regulación
de
carga
y
la
regulación
de
línea.

16. Vsec
=
15
Vrms;
Vsec
pico
=21,21V;
Vcond
=
21,21V
–
1,4V
=
19,81V
Vmax
=
19,81V
IL
=
13V
/
430Ω
=
30,23mA
La
corriente
que
va
a
tener
que
suministrar
el
condensador
va
a
ser
la
suma
de
la
corriente
de
carga
mas
una
corriente
adicional
que
circule
por
el
zener
para
que
éste
se
encuentre
en
la
región
de
operación
como
regulador.
Consideramos
iZmin
alrededor
de
5mA
Ir
=
IL
+
iZmin
=
30,23mA+5mA
≈
35mA
Ir
=
C
∆V
/
∆t;
∆t
=
4,17ms
+
to
Vmax
=
19,81V;
Ir
=
35mA;
C=
100µF
€
Ir =
CV max(1− senωto)
Δt
Ir
CV max
4,17x10−3
+to
⎛
⎝
⎜ ⎞
⎠
⎟ = (1− senωto)

17.
to
A
B
3x10-­‐3
0,12634
0,09516
2,5x10-­‐3
0,11753
0,19097
2,8x10-­‐3
0,12281
0,12980
2,83x10-­3
0,12334
0,1242
to
=
2,83x10-­‐3
Vmin
=
Vmax
senwto
=
19,81
sen
(377x2,83x10-­‐3)
=
17,35V
∆V
=
Vmax
-­‐
Vmin
=
2,46V
FR
=
(∆V
/
Vmax)x100%
=
12,42%
tc
=
(T/4)
-­‐
to
=
4,
17ms
-­‐
2,83
ms
=
1,34ms
€
17,62 4,17x10−3
+to
⎛
⎝
⎜ ⎞
⎠
⎟ = (1− sen377to)

18.
Idmax
=
100µFx(377rad/s)x19,81Vxcos(377x2,83x10-­‐3)
=
395,6mA
PR
=
Vp2/
R
=
(13)2/430Ω
=
0,393W
Paparente
sec
=
Vrmssec
Irmssec
158,6
mA
x
15
V
=
2,38
VA
Pd =
Id maxVdtc
T
=
395,6mAx0,7Vx1,34ms
16,67ms
= 22,25mW
€
Irmssec =
1
T
i2
0
T
∫ dt =
2 Id max( )2
tc
T
=
2 395,6mA2⎛
⎝
⎜ ⎞
⎠
⎟1,34ms
16,67ms
=158,6mA

19. Ahora
se
analiza
el
rectificador
con
zener
V+
es
el
voltaje
en
el
condensador,
Vmax
y
Vmin
Vz
=13V;
rZ
=
10Ω;
Pz
=
1W;
iZ
=
19mA
VZ0
=
VZ
-­‐
rZIZ
=
13V-­‐19mAx10Ω
=
12,81V
Para
calcular
R:
La
corriente
por
la
carga
debe
ser
la
IL
cuando
el
voltaje
es
Vmin
y
por
el
zener
debe
circular
la
corriente
que
definamos
como
mínima
(IZmin
≈5
mA)
Vmin
=
(IZmin
+
IL)
R
+
Vz
=
Ir
x
R
+
Vz
€
R =
Vmin −Vz
Ir
=
17,35−13
35mA
=124,29Ω
€
R =120Ω

20. Con
esta
resistencia
¿puede
soportar
el
zener
la
condición
en
la
que
circula
la
mayor
corriente
por
él?
Esto
ocurre
cuando
la
entrada
es
Vmax
y
la
carga
está
desconectada.
Vmax
=
IZ1
R
+
VZ0
+
rZIZ1
VZ1
=
VZ0
+
rZIZ1
=
12,81V
+
10Ω
x
49mA
=
13,3V
PZ1
=
VZ1
x
IZ1
=
13,3V
x
49mA
=
0,65
W
Condiciones
adecuadas
Potencia
en
la
resistencia
R:
PR=
I2
x
R
=
(0,049A)2
x
120Ω
=
0,29
W
€
iZ1 =
V max−Vzo
R+ rz
=
19,81V −12,81V
120Ω+ | 0Ω
= 49mA

21. Factor
de
rizado
en
la
carga
debido
a
la
regulación
con
el
zener
Con
Vmax:
Vmax
=
R
(IL
+
iZA
)
+
Vzo
+
rZ
x
iZA
19,81V=
120Ω
(30,23mA
+
iZA
)
+
12,81V
+
10Ω
x
iZA
VZA
=
12,81V
+
10Ω
x
25,94mA
=
13,06V
Con
Vmin:
Vmin
=
R
(IL
+
iZB
)
+
Vzo
+
rZ
x
iZB
17,35V=
120Ω
(30,23mA
+
iZB
)
+
12,81V
+
10Ω
x
iZB
VZB
=
12,81V
+
10Ω
x
7,01=
12,88V
€
iZA =
V max−Vzo − RIL
R+ rz
=
19,81V −12,81V −120Ωx30,23mA
120Ω+ | 0Ω
= 25,94mA
€
iZB =
V min−Vzo − RIL
R+ rz
=
17,35−12,81V −120Ωx30,23mA
120Ω+ | 0Ω
= 7,02mA
FRzener =
VZA −VZB
VZA
100% =1,38% FRcond =
19,81−17,35
19,81
100% =12,42%

22. Regulación
de
carga
El
voltaje
máximo
a
la
salida
con
carga
es
VZA
=
13,06V
El
voltaje
a
la
salida
sin
carga
es
VZ1
=
VZ0
+
rZIZ1
=13,3V
La
regulación
de
carga
es
Regulación
de
línea
€
RC =
VoIm ax −VoSC
VoIm ax
x100%
€
RC =
13,3−13,06
13,06
x100% =1,83%
€
RL =
VoVImax
−VoVImin
VoVImax
x100%

23. El
voltaje
de
entrada
puede
variar
±5%,
por
lo
que
el
voltaje
en
el
condensador
puede
variar
entre
los
siguientes
valores:
Vmaxmax
=
21,21
x
1,05
-­‐
1,4V
=
20,87V
Vmaxmin
=
21,21
x
0,95
-­‐
1,4V
=
18,75V
Se
calculan
las
corrientes
y
los
voltajes
en
el
zener
para
estos
valores
cuando
está
conectada
la
carga
VZE
=
12,81V
+
10Ω
x
34,1mA
=
13,15V
€
iZE =
V maxmax−Vzo − RIL
R+ rz
=
20,87V −12,81V −120Ωx30,23mA
120Ω+ | 0Ω
= 34,1mA
iZF =
V maxmin−Vzo − RIL
R+ rz
=
18,75−12,81V −120Ωx30,23mA
120Ω+ | 0Ω
=17,79mA

24.
VZF
=
12,81V
+
10Ω
x
17,79mA
=
12,98V
Potencia
que
disipa
el
zener
sin
carga
cuando
se
aplica
el
máximo
voltaje
posible
VZG
=
12,81V
+
10Ω
x
62mA
=
13,43V
PZG
=
VZG
x
IZG
=
13,43V
x
62mA
=
0,83
W
€
RL =
VoVImax −VoVImin
VoVImax
x100% =
13,15−12,98
13,15
x100% =1,29%
€
iZG =
V maxmax−Vzo
R+ rz
=
20,87V −12,81V
120Ω+10Ω
= 62mA

25. PREPARACIÓN
DE
LA
PRÁCTICA
3
EL DIODO ZENER. REGULADORES DE VOLTAJE
Hoja
de
datos
del
zener
1N4732A

26. Hoja
de
datos
del
zener
1N4743A

27. CIRCUITOS
PARA
LA
PRÁCTICA
Nº
3
Característica
corriente
voltaje
del
zener.
Circuito
Zener
1N731A
4,3V
R=
510Ω
0,5W
Generador:
Onda
sinusoidal
o
triangular
de
1kHz.
La
frecuencia
puede
ajustarse
para
mejorar
la
imagen.

28. Mediciones
Voltaje
de
conducción
Voltaje
de
avalancha
Resistencia
dinámica
en
la
región
inversa
Resistencia
dinámica
en
la
región
directa
Se
colocan
las
escalas
del
osciloscopio
para
tener
la
mejor
resolución
posible.

29. Circuito
rectificador
tipo
puente
con
filtro
Cuatro
diodos
1N4004
Condensador
de
100
µF,
50V
Resistencia
de
430Ω
2W
Resistencia
de
10Ω
(o
menor)
0,5W
Condensador
de
10µF
50V

30. Mediciones
Formas
de
onda
a
la
entrada
del
rectificador
y
sobre
el
condensador
y
la
carga
Forma
de
onda
de
la
corriente
en
el
transformador,
simultáneamente
con
el
voltaje
en
uno
de
los
diodos
Cambiar
el
condensador
Desconectar
la
carga

31. Fuente
regulada:
Circuito
rectificador
de
onda
completa
con
filtro
capacitivo
y
regulador
básico
con
diodo
zener
R
=
430Ω
C
=
100µF
Rp
=
120Ω
Zener
1N4743A
Cuatro
diodos
1N4004
o
un
puente
rectificador
encapsulado
Resistencias
de
1kΩ
y
3
kΩ
0,5W

32. Mediciones
Voltaje
de
entada
al
rectificador
Voltaje
sobre
el
condensador
y
sobre
la
carga.
Voltajes
máximos
y
mínimos
a
la
entrada
del
rectificador,
sobre
el
condensador
y
sobre
la
carga.
Corriente
máxima
por
el
zener
cuando
se
desconecta
la
carga.
Voltaje
máximo
sin
carga
y
a
plena
carga
a
fin
de
analizar
la
regulación
de
carga.
Voltajes
máximo
y
mínimo
a
plena
cargacuando
la
entrada
varía
±5%
a
fin
de
analizar
la
regulación
de
línea.
Voltaje
de
entrada
para
el
cual
el
zener
sale
de
la
zona
de
regulación.