Este documento describe el funcionamiento de un regulador de voltaje que utiliza un diodo Zener. Explica que el regulador mantiene el voltaje de salida casi constante a pesar de las variaciones en la carga o la fuente de alimentación. Luego analiza los parámetros clave del diodo Zener 1N4733A y presenta modelos ideales y reales del regulador. Finalmente, calcula los valores mínimos y máximos requeridos para la resistencia limitadora de corriente y la fuente de alimentación para mantener el punto de operación

1. 0
Regulador de voltaje
con diodo Zener
MGalindo

2. MGalindo
1
Contenido
Regulador de voltaje................................................................................................ 3
1. Regulación de voltaje ....................................................................................... 3
2. Hoja de datos (Datasheet) del diodo Zener 1N4733A....................................... 4
2.1 Potencia de disipación máxima ............................................................... 4
2.2 Reducción de potencia nominal .............................................................. 4
2.3 Factor de seguridad................................................................................. 5
2.4 Corriente máxima en inversa .................................................................. 5
2.5 Corriente Zener de prueba....................................................................... 5
2.6 Corriente de inflexión del Zener ............................................................. 5
2.7 Impedancia Zener.................................................................................... 5
2.8 Voltaje Zener nominal ............................................................................ 6
2.9 Voltaje de inflexión Zener ...................................................................... 6
2.9.1 Decremento de corriente de prueba Zener..................................... 6
2.9.2 Decremento de voltaje Zener ........................................................ 6
2.9.3 Voltaje de inflexión Zener ............................................................ 6
2.10 Voltaje máximo Zener ............................................................................ 7
2.10.1 Incremento de corriente de prueba Zener ...................................... 7
2.10.2 Incremento de voltaje Zener.......................................................... 7
2.10.3 Voltaje máximo Zener................................................................... 7
2.11 Corriente de fuga .................................................................................... 7
3. Modelo del Zener 1N4733A ............................................................................. 8
3.1 Primera aproximación ............................................................................. 8
3.2 Segunda aproximación ............................................................................ 8
Regulador con diodo con Zener............................................................................... 9
Regulador de voltaje sin carga .............................................................................. 10
4. Resistencia limitadora de corriente................................................................. 11
5. Resistencia mínima y máxima limitadora de corriente (Modelo ideal) ........... 12
5.1 Resistencia mínima y máxima limitadora de corriente (Modelo real) ... 13
5.2 Valor mínimo y máximo de la fuente de voltaje (modelo ideal) ........... 14
5.3 Valor mínimo y máximo de la fuente de voltaje (modelo real) ............. 15
6. Regulador de voltaje con carga....................................................................... 16
6.1 Valor mínimo y máximo de la resistencia de carga (Modelo ideal) ...... 17

3. Regulador de voltaje con diodo Zener
2
6.1 Valor mínimo y máximo del voltaje de fuente (Modelo ideal).............. 18
7. Bibliografía..................................................................................................... 19

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3
Regulador de voltaje
El regulador de voltaje, es un circuito electrónico que tiene la capacidad de mantener
su tensión de salida casi constante debido a las variaciones del valor de la
resistencia de carga o del voltaje de alimentación.
Figura 1: Regulador de voltaje
El voltaje de salida de una fuente de alimentación real cambia su valor cuando se
le conecta una carga ; este fenómeno ocurre porque posee una resistencia interna.
Cuando la resistencia interna tiene un valor muy pequeño → 0 la variación de
voltaje es pequeña; pero si → ∞ la variación aumenta.
1. Regulación de voltaje
La regulación es el factor que mide el cambio del voltaje de salida de una
fuente de alimentación cuando se le conecta una carga.
ó
Un circuito regulador es bueno cuando el valor de la regulación tiende a cero.

5. Regulador de voltaje con diodo Zener
4
2. Hoja de datos (Datasheet) del diodo Zener 1N4733A
Absolute Maximun Rating * Ta = 25°C unless otherwise noted
Symbol Parameter Value Units
PD Power Dissipation
@TL ≤ 50°C, Lead length =3/8”
1.0 W
Derate above 50°C 6.67 mW/°C
TJ, TSTG Operating and Storage Temperature Range -65 to +200 °C
* These ratings are limiting values above which the serviceability of the diode may be
impaired.
Electric Characteristics Ta = 25°C unless otherwise noted
Device VZ (V)@IZ (note 1) Test
Current
IZT(mA)
Max. Zener Impedance Leakage
Current
Min Typ Max ZZT@IZT
(Ω)
ZZK@IZK
(Ω)
IZK
(mA)
IR
(µA)
VR
(V)
1N4733A 4.845 5.1 5.355 49 7 550 1 10 1
Notes:
1. Zener voltaje (VZ)
The Zener voltaje is measured with the device junction in the termal equilibrium at the
lead temperatura (TL) at 30°C ± 1°C and 3/8” lead length.
2.1 Potencia de disipación máxima
La potencia de disipación máxima del Zener se especifica como
1.0W hasta los 50°C.
2.2 Reducción de potencia nominal
La capacidad de disipación de potencia máxima del Zener por encima
de los 50°C se reduce nominalmente a razón de 6.67mW/°C.
Δ
°
Ejemplo:
La potencia máxima de disipación a una temperatura a 70°C es:
1 20°
6.67
°
1 0.1334
0.8666

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5
2.3 Factor de seguridad
El factor de seguridad , evita la destrucción del Zener, por lo que, se
debe considerar a la potencia de operación un factor de seguridad
de al menos 20 por ciento menor a la potencia máxima .
20%
2.4 Corriente máxima en inversa
La corriente máxima en inversa que puede soportar el Zener se
calcula a partir de la potencia máxima de disipación y el voltaje
Zener .
1
5.1
196.08
2.5 Corriente Zener de prueba
La corriente Zener de prueba se especifica para ¼ de la potencia
máxima de disipación y el voltaje Zener .
4
1
4 5.1
49.02
2.6 Corriente de inflexión del Zener
La corriente de inflexión del Zener es el mínimo necesario para
mantener el Zener dentro de la zona de ruptura.
1
2.7 Impedancia Zener
La impedancia Zener indica que una variación en la corriente Zener Δ
produce un pequeño cambio en el voltaje Zener Δ .
Δ
Δ

7. Regulador de voltaje con diodo Zener
6
• es la impedancia dinámica máxima del Zener a la corriente de
prueba .
7Ω|
• es la impedancia Zener en el punto de inflexión entre la región en
inversa y la región de ruptura.
550Ω|
2.8 Voltaje Zener nominal
El voltaje Zener nominal se especifica para la corriente de prueba
.
5.1
2.9 Voltaje de inflexión Zener
Es el voltaje mínimo para mantener el Zener en la región de ruptura.
2.9.1 Decremento de corriente de prueba Zener
Δ
Δ 49 1
Δ 48
2.9.2 Decremento de voltaje Zener
Δ Δ
Δ 7Ω 48
Δ 0.336
2.9.3 Voltaje de inflexión Zener
Δ
5.1 0.336
4.764

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7
2.10 Voltaje máximo Zener
Es el voltaje máximo admisible para que el Zener se mantenga en la
zona de ruptura y se evite su destrucción.
2.10.1 Incremento de corriente de prueba Zener
Δ
Δ 196 49
Δ 147
2.10.2 Incremento de voltaje Zener
Δ Δ
Δ 7Ω 147
Δ 1.029
2.10.3 Voltaje máximo Zener
Es el voltaje máximo para mantener el Zener en la región de
ruptura.
Δ
5.1 1.029
6.129
2.11 Corriente de fuga
La corriente de fuga en inversa se especifica para un voltaje en
inversa menor que el voltaje Zener de inflexión .

9. Regulador de voltaje con diodo Zener
8
3. Modelo del Zener 1N4733A
3.1 Primera aproximación
Es el modelo ideal del Zener, donde se ignora su resistencia interna
0. Gráficamente la zona de ruptura se representa mediante una
línea vertical en . Simbólicamente el Zener se reemplaza mediante
una fuente ideal de voltaje con valor .
3.2 Segunda aproximación
Es el modelo real del Zener; donde se incluye su resistencia interna
0. Gráficamente la zona de ruptura se representa mediante una
línea con pendiente 1⁄ . Simbólicamente el Zener se reemplaza con
una fuente ideal de voltaje , en serie con una impedancia .
Figura 2: (a) primera aproximación (ideal); (b) Segunda aproximación (Real)

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9
Regulador con diodo con Zener
Un circuito regulador con diodo Zener tiene como objetivo mantener el voltaje
Zener casi constante e independiente de la variación de corriente Zener.
Para cumplir esta condición es necesario que el punto de operación ,
del Zener este dentro de la zona de ruptura; es decir, la corriente de operación
del Zener debe estar limitado entre la corriente de inflexión del Zener
(Punto A) y la corriente máxima del Zener (Punto B).
Cuando la corriente de operación en inversa disminuye por debajo de la
corriente de inflexión del Zener , el voltaje se reduce drásticamente
y se pierde la regulación; mientras que, si la corriente de operación en inversa
aumenta por encima de la corriente máxima del Zener , el Zener
puede dañarse por la excesiva disipación de potencia.

11. Regulador de voltaje con diodo Zener
10
Regulador de voltaje sin carga
El regular de voltaje sin carga, es un circuito serie compuesto por una fuente de
alimentación , una resistencia limitadora de corriente y un diodo Zener en
polarización inversa.
El análisis del circuito se realiza considerando el punto de operación , del
Zener en la región de ruptura.
Figura 3: Regulador de tensión Zener sin carga
Del circuito se puede observar, que:
• La corriente a través de la resistencia limitadora es igual a la corriente a través
del Zener.
• La diferencia de potencial en la resistencia limitadora es:
• Según, la ley de voltajes de Kirchhoff; el voltaje suministrado por la fuente es
igual al voltaje consumido por la resistencia limitadora y el Zener.

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11
4. Resistencia limitadora de corriente
La resistencia limitadora de corriente , se elige de modo que la corriente de
operación del Zener este en la región de ruptura.
Como ejemplo, elegimos el siguiente punto de operación:
100
5.1
• Aplicando la ley de voltajes de Kirchhoff
9 5.1
100
39Ω
• La diferencia de potencial en la resistencia limitadora de corriente es:
9 5.1
3.9
• La potencia disipada por la resistencia limitadora es:
.
39Ω 100
390m

13. Regulador de voltaje con diodo Zener
12
5. Resistencia mínima y máxima limitadora de corriente (Modelo ideal)
El objetivo es calcular el valor mínimo y máximo de la resistencia limitadora
de corriente que mantiene el Zener en la región de ruptura.
La resistencia limitadora de corriente
mínima se determina cuando la
corriente Zener alcanza su valor
máximo (Punto B).
La resistencia limitadora de corriente
máxima se determina cuando la
corriente Zener alcanza su valor
mínimo (Punto A).
Aplicando la ley de voltajes de Kirchhoff
9 5.1V
196 A
19.89Ω
9 5.1
1
3.9 Ω
Potencia disipada por la resistencia limitadora de corriente:
.
19.89Ω 196
764.1
.
3.9 Ω 1
3.9

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5.1 Resistencia mínima y máxima limitadora de corriente (Modelo real)
La resistencia limitadora de corriente
mínima se determina cuando la
corriente Zener alcanza su valor
máximo (Punto B).
La resistencia limitadora de corriente
máxima se determina cuando la
corriente Zener alcanza su valor
mínimo (Punto A).
Aplicando la ley de voltajes de Kirchhoff:
9 6.129V
196 A
14.65Ω
9 4.764
1
4.236 Ω
Potencia disipada por la resistencia limitadora de corriente:
.
14.65Ω 196
562.79
.
4.236 Ω 1
4.236

15. Regulador de voltaje con diodo Zener
14
5.2 Valor mínimo y máximo de la fuente de voltaje (modelo ideal)
El voltaje mínimo de la fuente de
alimentación se determina cuando la
corriente y el voltaje Zener alcanzan
su valor mínimo (Punto A).
El voltaje máximo de la fuente
de alimentación se determina cuando
la corriente y el voltaje Zener alcanza
su valor máximo (Punto B).
Aplicando la ley de voltajes de Kirchhoff:
39Ω 1 5.1
0.039 5.1
5.139
39Ω 196 5.1
7.644 5.1
12.744
Diferencia de potencial en la resistencia
5.139 5.1
0.039
12.744 5.1
7.644
Potencia disipada en la resistencia limitadora de corriente
0.039
39Ω
0.039
7.644
39Ω
1.49

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15
5.3 Valor mínimo y máximo de la fuente de voltaje (modelo real)
El voltaje mínimo de la fuente de
alimentación se determina cuando la
corriente y el voltaje Zener alcanzan
su valor mínimo (Punto A).
El voltaje máximo de la fuente
de alimentación se determina cuando
la corriente y el voltaje Zener alcanza
su valor máximo (Punto B).
Aplicando la ley de voltajes de Kirchhoff:
39Ω 1 4.764
0.039 4.764
4.803
39Ω 196 6.129
7.644 6.129
13.773
Diferencia de potencial en la resistencia
4.803 4.764
0.039
13.773 6.129
7.644
Potencia disipada en la resistencia limitadora de corriente
0.039
39Ω
0.039
7.644
39Ω
1.49

17. Regulador de voltaje con diodo Zener
16
6. Regulador de voltaje con carga
Figura 4: Regulador de voltaje Zener con carga
• La corriente Zener debe estar en la región de ruptura
• Aplicando la ley de corrientes de Kirchhoff:
(1)
• La corriente a través de la resistencia limitadora es constante:
V
(2)
• El voltaje en la resistencia de carga es igual al voltaje Zener.
• La corriente a través de la resistencia de carga es:
(3)
• Reemplazando (2) y (3) en (1), se obtiene la ecuación para
De la ecuación anterior, se observa que la corriente suministrada debe ser
mayor o igual a la corriente Zener de operación.
• La ecuación para el voltaje de la fuente es:

18. 17
6.1 Valor mínimo y máximo de la resistencia de carga (Modelo ideal)
La corriente en la resistencia limitadora se mantiene constante siempre que el
punto de operación del Zener este en la región de ruptura.
9 5.1
39
100
Si la corriente de carga aumenta; la
corriente Zener disminuye hasta el
mínimo permisible (Punto A).
100 1
99
Si la corriente de carga disminuye; la
corriente Zener aumenta hasta el
máximo permisible (Punto B).
La corriente Zener, solo puede
aumentar hasta la corriente de
suministro.
100 100
0
La resistencia de carga es mínima,
cuando la corriente de carga es
máxima.
5.1
99
51.5Ω
La resistencia de carga es máxima,
cuando la corriente de carga es
mínima.
5.1
0
∞

19. Regulador de voltaje con diodo Zener
18
6.1 Valor mínimo y máximo del voltaje de fuente (Modelo ideal)
La corriente en la resistencia de carga se mantiene constante siempre que el
punto de operación del Zener este en la región de ruptura.
5.1
1KΩ
5.1
Si la corriente de la fuente disminuye,
la corriente Zener también disminuye
hasta el mínimo permisible (Punto
A).
1 5.1
6.1
Si la corriente de la fuente aumenta,
la corriente Zener también aumenta
hasta el máximo permisible
(Punto B).
196 5.1
201.1
Cuando la corriente suministrada es
mínima; el voltaje de la fuente
también es mínima.
39Ω 6.1 5.1
0.2379 5.1
5.34
Cuando la corriente suministrada es
máxima; el voltaje de la fuente
también es máxima.
39Ω 201.1 5.1
7.8429 5.1
12.94
La potencia disipada en la resistencia limitadora es:
.
39Ω 6.1
1.45
.
39Ω 201.1
1.58

20. MGalindo
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7. Bibliografía
Boylestad R., Nashelsky L. (2009). Electrónica: Teoría de Circuitos y
Dispositivos Electrónicos. México, México: Pearson Educación.
Floyt T. (2008). Dispositivos electrónicos. México, México: Pearson
Educación.
Schilling D., Belove Ch. (1993). Circuitos Electrónicos: Discretos e
Integrados. Madrid, España: McGraw-Hill/Interamericana de España
S.A.
Malvino A. (1993). Principios de electrónica. Madrid, España: McGraw-
Hill/Interamericana de España S.A.