Este documento presenta el desarrollo de un circuito regulador de voltaje utilizando un diodo Zener. Incluye el cálculo teórico de los componentes, la simulación en Multisim y mediciones físicas para validar el funcionamiento. El circuito consta de un rectificador, filtros y un diodo Zener de 10V para regular la tensión de salida entre 15.37V y 15.57V con cargas entre 100Ω y 1000Ω.

1. REPORTE DE PRÁCTICA
Práctica 3
Instituto Tecnológico de Querétaro
Electrónica Analógica
Eduardo Pecina González
Álvarez Melgar José Francisco
Noguez Cruz Héctor
Iñiguez Lomelí Francisco Javier

2. CONTENIDO
Introduccion ....................................................................................................................................................... 2
Marco teórico..................................................................................................................................................... 2
Diodo Zener.................................................................................................................................................... 2
Curva característica del diodo zener .......................................................................................................... 2
Desarrollo del proyecto...................................................................................................................................... 3
Material.......................................................................................................................................................... 3
Cálculo............................................................................................................................................................ 3
Pruebas y analisis de resultados......................................................................................................................... 6
Simulacion en Multisim.................................................................................................................................. 6
Mediciones fisicas........................................................................................................................................... 8
Carga máxima............................................................................................................................................. 9
Carga mínima............................................................................................................................................ 11
Bibliografía........................................................................................................................................................ 12
Anexos.............................................................................................................................................................. 12
Circuitos.................................................................................................................................................... 12

3. INTRODUCCION
En esta práctica se intenta comprobar el funcionamiento de un diodo Zener utilizado como regulador de
voltaje, además se incluye la implementación de un filtro RL para compensar el incremento de corriente
causado por los valores elevados de capacitores utilizados
MARCO TEÓRICO
DIODO ZENER
El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado
inversamente. Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador
(en donde se aprovechan sus características de polarización directa y
polarización inversa), conducen siempre en el sentido de la flecha.
En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el
diodo. Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un
diodo rectificador común. Cuando el diodo zener funciona polarizado
inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante.
En la Figura 2 se ve el símbolo de diodo zener (A - ánodo, K - cátodo) y el
sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa
Curva característica del diodo Zener
Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando
negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el
aumenta muy poco.
CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO ZENER
Una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o
tensión de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre
negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse
constante.
Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede
variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona
operativa. Esta es la característica del diodo zener que se
aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el
voltaje se mantiene practicamente constante para una gran
variación de corriente. Ver la Figura 3.
Figura 1 Imagen de un diodo
Zener
Figura 2 Simbolo del diodo Zener
con la dirección del flujo de la
corriente para su normal
funcionamiento
Figura 3

4. DESARROLLO DEL PROYECTO
MATERIAL
• 1 Transformador 120:24 V
• 4 Diodos 1N4007
• 2 Capacitores 4700 uF, 50 V
• 1 Resistencia 56 o, 2 W
• 1 Diodo Zener 1N4740A
• 1 Potenciómetro de potencia 1 W
CÁLCULO
El diagrama del circuito puede apreciarse en el Anexo 1. Datos de diseño:
(1) [ ]
200mV
100 1000
12 2 V
rpp
L
m
V
R
V
=
≤ ≤ Ω
=
De los datos del fabricante se obtiene:
(2) ( )max
91mAz
I =
Para la corriente mínima se utilizará el criterio de usar el 10% de la corriente máxima, es decir:
(3) ( ) ( )min max
0.1 9.1mAz z
I I= =
De la salida del rectificador se obtienen los siguientes valores (Se considera una caída de 0.7 V en cada
diodo:
(4)
( )
( )
max
min
2 16.97 1.4 15.57V
2 16.97 1.4 0.2 15.37V
m Di
m D rppi
V V V
V V V V
= − = − =
= − − = − − =
El modelo de diodo seleccionado fue 1N4740A, el cual ofrece una regulación de 10V, por lo tanto,
analizando la resistencia de carga RL.
(5)
( )
( )
min
max
10V
10mA
1000
10V
100mA
100
L
L
R
R
I
I
= =
Ω
= =
Ω
El análisis para encontrar Rs se hará primero considerando una resistencia de carga constante:

5. (6)
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
max max max
min max min
100 91 191mA
100 9.1 109.1mA
s L
s L
R R Z
R R Z
I I I
I I I
= + = + =
= + = + =
Con estos datos es posible calcular la resistencia:
(7)
( )
( )
( )
( )
( )
( )
min
max
min
max
min
max
15.37 10
49.22
0.1091
15.57 10
29.1
0.191
s
s
zi
s
R
zi
s
R
V V
R
I
V V
R
I
− −
= = = Ω
− −
= = = Ω
Ahora considerando que el voltaje es constante:
(8)
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
max max min
min min max
100 9.1 109.1mA
10 91 101.1mA
s L
s L
R R Z
R R Z
I I I
I I I
= + = + =
= + = + =
Calculando la resistencia:
(9)
( )
( )
( )
( )
( )
( )
max
min
max
max
max
min
15.57 10
51.05
0.1091
15.57 10
55.09
0.1011
s
s
zi
s
R
zi
s
R
V V
R
I
V V
R
I
− −
= = = Ω
− −
= = = Ω
Estos resultados nos entregan un valor de entre 29.1 y 55.09 Ω para la resistencia. En este caso se escogió
una resistencia de 51 Ω para el cálculo, pero debido a limitaciones por falta de material se usó una
resistencia de 56 Ω para el modelo físico. Para proteger el circuito se calculará la potencia de la resistencia
anterior. Para proteger esta resistencia se calculará la potencia que debe soportar:
(10) ( ) ( ) ( ) ( )
22
max max
0.191 51 1.86Ws s sR R
P I R= = =
Para el cálculo del capacitor se considera todo el equivalente de resistencia a la derecha de éste, es decir, la
resistencia RL en serie con la resistencia aparente del diodo Zener y la resistencia de carga en paralelo. La
resistencia aparente del diodo Zener (se usará la mínima para el diseño en la peor condición posible) se
puede expresar como:
(11)
( )max
10
109.89
0.091
Z
Z
Z
V
R
I
= = = Ω
La resistencia total de descarga del capacitor sería la siguiente:
(12)
( )( )100 109.89
51 103.35
100 109.89
L Z
T s
L Z
R R
R R
R R
 
= + = + = Ω 
+ + 

6. El valor del capacitor viene dado por la expresión:
(13)
2
m
T rpp
V
C
fR V
≥
Sustituyendo los valores conocidos en la ecuación (13) se obtiene:
(14) ( )( )( )
15.57
2 2 60 103.35 0.2
6.2mF
m
T rpp
V
fR V
C
=
≥
El capacitor fue elegido de 9.4 mF, así:
(15) 9.4mFC =
En clase se demostró que el valor del capacitor y de la bobina del filtro vienen relacionados por:
(16) 2 2 2 2
1
nh
enc
V
V
n L Cω
=
−
En donde n es el número del armónico (se usara 2 porque el resto tiene magnitud despreciable), entonces:
(17) 2n =
(18) 2
4
3 2
m
h
V
V
π
=
(19)
0.2 m
enc
V
V
π
=
(20) 2 377fω π= ≈
Sustituyendo las ecuaciones (15), (17), (18), (19) y (20) en la ecuación (16) y despejando el valor de L se
obtiene:
(21) 1.07mHL =

7. PRUEBAS Y ANALISIS DE RESULTADOS
SIMULACION EN MULTISIM
Figura 4. Valores de la corriente por el diodo Zener (izquierda) y el voltaje de salida (derecha) con una carga de 100 Ω.
Figura 5. Valores de la corriente por el diodo Zener (izquierda) y el voltaje de salida (derecha) con una carga de 110 Ω.
Figura 6. Valores de la corriente por el diodo Zener (izquierda) y el voltaje de salida (derecha) con una carga de 500 Ω.
Figura 7. Valores de la corriente por el diodo Zener (izquierda) y el voltaje de salida (derecha) con una carga de 1000 Ω.

8. Figura 8 Valores del voltaje al salir del filtro (rojo) y después de la regulación del diodo Zener (Azul), la escala vertical de la figura es
de 100 mV por división.

9. MEDICIONES FISICAS
Figura 9. Detalles del circuito

10. CARGA MÁXIMA
Figura 10. Detalle de la carga, configurada al máximo.
Figura 11. Lectura de voltaje en el multímetro para la carga de la figura anterior.

11. Figura 12. Lectura del osciloscopio con la misma carga
Figura 13. Lectura de corriente en el Diodo Zener para la misma carga.

12. CARGA MÍNIMA
Figura 14 Voltaje en la carga (Ajustada aproximadamente a 100 Ω)
Figura 15. Corriente que pasa por el diodo Zener

13. BIBLIOGRAFÍA
• Boylestad, Robert & Nashelsky, Louis. Electrónica teoría de circuitos. Ed. Prentice Hall
• Electrónica Unicrom. Diodo Zener. Obtenido de www.unicrom.com/Tut_diodozner_.asp
ANEXOS
CIRCUITOS
Anexo 1 Diagrama del circuito