Pract 6 lab elect i diodo zener (como regulador) final 6

Universidad Tecnológica Israel
Facultad de Electrónica - Laboratorio de Electrónica I
1
Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Boylestad – Nashelsky. Octava Edición.
Pearson Educación.
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Nombre de la institución: Universidad Tecnológica Israel
Departamento: Facultad de Electrónica
Curso: 6ª
Fecha de realización de la práctica: Quito, 2 de diciembre de 2016
Profesor: Mg. Fidel Parra
Número de la Práctica: 6
Tema: Aplicaciones con diodos Zener
Título de la Práctica: Aplicación del diodo semiconductor Zener como regulador de
voltaje.
Integrantes de la Práctica:
 Eloy Almeida.
 José Bracho
 Christian Ormaza.
 Israel Chalá
 Milton Toaquiza.
RESUMEN:
En esta práctica se montó un circuito típico de aplicación de diodos zener, en el que los valores de
algunos elementos fueron previamente analizados para obtener los resultados esperados y también
evitar daños en dichos elementos, observando el comportamiento del diodo en estas
configuraciones. Se realizó el montaje del circuito en el que se empleó el Diodo zenner para
diferentes aplicaciones.
Con la finalidad principal de entender todas las características de este diodo, y tener en cuenta sus
condiciones para cada aplicación, ya sea como regulador (como se demostró en esta práctica), así
como, recortador o avalancha.
Comparamos los resultados de la práctica con los de la simulación para después concluir con la
misma.
1. OBJETIVOS
1.1. GENERAL
Entender el mecanismo de regulación del diodo Zener.
1.2. ESPECÍFICOS
Evaluar resultados de su comportamiento como regulador.

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2. MARCO TEÓRICO
2.11 Diodos Zener.- El modelo Zener a emplearse en el estado de “encendido” será como se
muestra en la figura 2.107a. Para el estado “apagado” como lo define un voltaje menor que
𝑉 𝑍 pero mayor que 0 𝑉 con la polaridad indicada en la figura2.107b, el equivalente
del Zener es el circuito abierto que aparece en la misma figura.1

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Las redes más simples con diodo Zener aparecen en la figura 2.108. El voltaje de 𝐷𝐶 aplicado es
fijo, como lo es la resistencia de carga. El análisis puede fundamentalmente dividirse en dos
etapas: 2
1. Determinar el estado del diodo Zener mediante su eliminación de la red y por medio
del cálculo del voltaje a través del circuito abierto resultante.
El resultado aparece en la red de la figura 2.109, dónde una aplicación de la regla del
divisor de voltaje resultará en:
2. Sustituir el circuito equivalente apropiado y resolver para las incógnitas deseadas.

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Para la red de la figura 2.108, el estado “encendido” dará como resultado la red equivalente
de la figura 2.110. Dado que los voltajes a través de los elementos paralelos deben ser los
mismos, encontramos que: 3
La corriente del diodo zener se debe determinar por una aplicación de la ley de corriente de
Kirchhoff, como sigue:
Dónde:
La potencia disipada por el diodo Zener se determina por:
La cual debe ser menor que la 𝑃 𝑍𝑀 especificada para el dispositivo.
Los diodos Zener se utilizan más frecuentemente en redes Reguladoras o como un
Voltaje de Referencia.
3 Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Boylestad – Nashelsky.
Octava Edición. Pearson Educación.

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3. LISTADO DE MATERIALES Y EQUIPOS
 Fuente de alimentación variable DC (1V-24V).
 Lagartos.
 Resistencia de 1kΩ, 270MΩ a ¼ vatio cada una.
 Un potenciómetro de 5kΩ (o superior hasta 10kΩ).
 Diodo Zener de 10V. (1N4740)
 Multímetro.
 Protoboard.
 Cables 24AWG. Pizas de punta media, cortafrío, estilete.
4. PROCEDIMIENTO
Preparatorio
4
:
1. Monte el circuito en el simulador Qucs como se ilustra en la Figura 1.
2. Simule el circuito y varíe el valor del potenciómetro de acuerdo a los valores de la Tabla
1 (hasta 5kΩ); con ayuda de las sondas de tensión y de corriente obtenga los valores en
DC para los datos de la Tabla 1, llene dicha tabla.
3. Reemplace el potenciómetro por la resistencia de 270MΩ.
4. Llene los datos.
Práctica:
1. Monte el circuito en el protoboard como se ilustra en la Figura 1.
2. Utilizando el multímetro, mida y llene los datos en la Tabla 2, variando el valor del
potenciómetro de acuerdo a los valores de la tabla.
3. Reemplace el potenciómetro por la resistencia de 270MΩ. Llene los datos.
4. Responda las preguntas que se encuentran en el punto de Anexos del informe.
4 Nota: Para la simulación en Qucs, usted tiene al diodo 1N4740 en la Librería de Componentes.
Para acceder a esta librería diríjase al menú Herramientas - Librería de componentes y luego
Selección de componentes –ZDiodes – 1N4740.

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5. DIAGRAMAS Y FIGURAS
Figura 1: Diagrama circuital - Diodo Zener como regulador de voltaje.
6. TABULACIONES Y RESULTADOS
POLARIZACI
ÓN
DATO
S𝐑 𝐋 0.5KΩ 1KΩ 2KΩ 3KΩ 4KΩ 5KΩ 270MΩ
INVERSA 6.67 10 13.3 15 16 16.7 20
𝐈 𝐙(𝐦𝐀) 20 20 20 20 20 20 20
Tabla 1: Tabla correspondiente a los valores simulados de la Figura 1.
POLARIZACI
ÓN
DATO
S𝐑 𝐋 0.5KΩ 1KΩ 2KΩ 3KΩ 4KΩ 5KΩ 270MΩ
INVERSA 6.92 9.81 13 15 15.8 16.3 20
𝐈 𝐙(𝐦𝐀) 212.5uA 9.36 4.91 3.06 2.23 1.95 20
Tabla 2: Tabla correspondiente a los valores medidos de la Figura 1.

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7. SIMULACIONES
Adjuntar los gráficos de las simulaciones correspondientes a los parámetros 0.5kΩ, 5kΩ y
270MΩ.
SIMULACIONES.
RESULTADOS SIMULACIONES VOLTAJES

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RESULTADOS SIMULACIONES CORRIENTES
Gráficos correspondientes a los parámetros de 0.5kΩ, 5kΩ y 270MΩ.
La siguiente grafica es la arrojada por una simulación usando el diodo Zener 1N4740.

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8. CÁLCULOS

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 𝑪Á𝑳𝑪𝑼𝑳𝑶𝑺 𝑷𝑨𝑹𝑨 𝟎. 𝟓𝑲𝜴
 𝑉 = 𝑉𝐿 =
(0.5𝐾𝛺)(20𝑣)
1.5𝑘𝛺
= 𝟔. 𝟔𝟕𝒗
 𝐼𝑅 = 𝐼𝑍 + 𝐼𝐿
 𝐼𝐿 =
𝑉𝐿
𝑅𝐿
⇒ 𝐼𝐿 =
6.67𝑣
1𝐾Ω
= 𝟔. 𝟔𝟕𝒎𝑨
 𝐼𝑅 =
𝑉𝑅
𝑅
=
𝑉𝑖−𝑉𝐿
𝑅
⇒ 𝐼𝑅 =
20𝑣−6.67𝑣
0.5𝐾Ω
⇒ 𝑰𝑹 = 𝟐𝟔. 𝟔𝟕𝒎𝑨
 𝐼𝑍 = 𝐼𝑅 − 𝐼𝐿⇒26.66 − 6.67 = 𝟐𝟎𝒎𝑨
 𝑪Á𝑳𝑪𝑼𝑳𝑶𝑺 𝑷𝑨𝑹𝑨 𝟓𝑲𝜴
 𝑉 = 𝑉𝐿 =
(5𝐾𝛺)(20𝑣)
6𝑘𝛺
= 𝟏𝟔. 𝟔𝟕𝒗
 𝐼𝐿 =
𝑉𝐿
𝑅𝐿
⇒ 𝐼𝐿 =
16.67𝑣
5𝐾Ω
= 𝟑. 𝟑𝟑𝒎𝑨
 𝐼𝑅 =
𝑉𝑅
𝑅
=
𝑉𝑖−𝑉𝐿
𝑅
⇒ 𝐼𝑅 =
20𝑣−16.67𝑣
5𝐾Ω
⇒ 𝑰𝑹 = 𝟎. 𝟔𝟕𝒎𝑨
 𝐼𝑍 = 𝐼𝑅 − 𝐼𝐿⇒0.67 − 3.33 = −𝟐. 𝟔𝟔𝒎𝑨
 𝑪Á𝑳𝑪𝑼𝑳𝑶𝑺 𝑷𝑨𝑹𝑨 𝟐𝟕𝟎𝑴𝜴
 𝑉 = 𝑉𝐿 =
(2.7𝑋106 𝐾𝛺)(20𝑣)
2.700001𝑋106 𝑘𝛺
= 𝟐𝟎𝒗
 𝐼𝐿 =
𝑉𝐿
𝑅𝐿
⇒ 𝐼𝐿 =
20𝑣
2.7𝑋106 𝐾Ω
= 𝟕. 𝟒𝑿𝟏𝟎−𝟔
𝒎𝑨
 𝐼𝑅 =
𝑉𝑅
𝑅
=
𝑉𝑖−𝑉𝐿
𝑅
⇒ 𝐼𝑅 =
20𝑣−20𝑣
2.7𝑋106 𝐾Ω
⇒ 𝑰𝑹 = 𝟎𝒎𝑨
 𝐼𝑍 = 𝐼𝑅 − 𝐼𝐿⇒0 − 7.4𝑋10−6
𝑚𝐴 = −𝟕. 𝟒𝑿𝟏𝟎−𝟔
𝒎𝑨

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9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Exponga sus conclusiones respecto a la presente práctica.
Evaluación sobre el proceso
 Resultados
positivos
 Se logró entender la conducta del diodo zener, se pudo observar
el por qué son utilizados en los reguladores de voltaje ya que
fueron diseñados principalmente para trabajar en la zona de
ruptura
 Resultados
negativos
 El manejo de los materiales y elementos consignados a la
práctica antes de su realización podrían inutilizar o alterar
los resultados obtenidos.
 Existe un margen de error considerable entre los valores
obtenidos con el simulador y los obtenidos
experimentalmente en el laboratorio.
 Proyecciones  Se considerará el uso de dicho circuito cuando se necesite el
uso de un circuito regulador de voltaje.
Exponga sus recomendaciones respecto a la presente práctica.
 Es importante colocar una resistencia en serie entre la fuente y el diodo zener para
limitar la corriente a un valor menor al de la limitación, pues de no ser así el diodo
zener se quemaría.
 La manipulación de los materiales y elementos orientados a la práctica antes de su ejecución
podrían menoscabar o afectar los resultados.
 Un conocimiento previo sobre lo que se va a realizar en esta práctica puede ser de gran
ayuda.

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10. ANEXOS

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PREGUNTAS
1. ¿A partir de qué valor de carga mínima, el Zener mantiene un nivel constante en sus
polos?
En esta práctica en particular, se mantienen constantes con una carga de 4KΩ
aproximadamente.
2. Al sustituir la carga por 270MΩ. ¿Qué sucede con la regulación del Zener?
Aumenta el voltaje pero disminuye la corriente muy notablemente.
3. ¿Cuál es el valor de carga mínimo y máximo para qué el Zener mantenga su
comportamiento?
Este valor es obtenido con la fórmula 𝑅 =
(𝑉 𝑖−𝑉𝑧)
(𝐼 𝑧+𝐼 𝑐)
para los valores mínimo y máximo de la
carga:
 Valor de carga máximo: 25.31KΩ (aprox).
 Valor de carga mínimo: 251.03 Ω (aprox).
4. ¿En qué condiciones el Zener dejaría de funcionar como regulador de voltaje?
𝐶𝑜𝑛: 𝑉 > 10𝑣

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11. BIBLIOGRAFÍA
 Electrónica - Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos, 8va. Edición (R.L.
Boylestad, L. Nashelsky)
 GRAY–MEYER: Análisis y Diseño de Circuito Integrado Analógico, Editorial, P.H.I.
3ra. Edición.
 SHILLING, Donald y BELOVE, Charles: Circuitos Electrónicos Discretos e
Integrados. Editorial, Marcombo.
 SEDRA – SMITH: Microelectronics, Editorial, HRW 2da. Edición.
 PENNEY – LAU : MOSINTEGRATED Circuits, Editorial, Mc Graw Hill
 DAROLD WOBSCALL: Circuits Design for Electronic Instrumentation

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