Ejercicio de electronica resuelto con diodo zener
En el ejercicio de electrónica siguiente, sabiendo que la característica tensión-corriente del diodo zener D1, es la que aparece en la figura 2, calcular el valor de la tensión de salida en el circuito de la figura 1, para; a) VIN = 5V , b) VIN =15V,c) VIN = -15V .
Ejercicio resuelto:
a) Con VIN =5V, se supone que D1 está polarizado en directo. El circuito equivalente aparece ahora en la figura 3:
Evidentemente, la tensión en A y B es:
La corriente que circula por la resistencia R2 será:
El cálculo de la corriente I1 es inmediato:
Aplicando la ley de Kirchoff al nudo A, se tiene:
Luego:
Esto supone que la corriente a través de D1 circula de cátodo a ánodo, lo que contradice la suposición inicial de que D1 está en polarización directa. Se supondrá entonces que D1 está en corte.
Observando el nuevo circuito equivalente (figura 4) se deducen ahora las siguientes ecuaciones:
La tensión entre los nudos A y B, que coincide con la tensión ánodo-cátodo del zener es:
Lo que nos indica que el zener está sometido a una tensión negativa entre sus terminales, pero insuficiente para hacerlo funcionar en su zona de conducción zener, con lo que la suposición de que D1 está en corte era acertada. La tensión de salida será:
b) Se supone que D1 está a ON. El circuito equivalente es el mismo que aparece en la figura 3, sustituyendo la fuente de VIN = 5V , por una de VIN = 15V. Aplicando las mismas ecuaciones que en la primera suposición del apartado a) se obtiene:
La corriente I2 circula ahora de ánodo a cátodo en el zener, lo que confirma que éste está polarizado en directo. La tensión de salida es inmediata, ya que coincide con Vin.:
c) Con una tensión de entrada negativa se supone que el zener está en corte. El circuito equivalente es ahora el de la figura 5.
Las ecuaciones a aplicar son las mismas que en la segunda suposición del apartado a), teniendo en cuenta que el nuevo sentido de las intensidades. Así, se tiene:
La tensión ánodo-cátodo del zener es:
Esta tensión es más negativa que la tensión zener del diodo, lo que nos indica claramente que el diodo está polarizado en inversa (región zener).
Sustituyendo D1 por su modelo, el circuito equivalente es ahora el de la figura 6.
El valor de I se calcula ahora:
La corriente I1 se obtiene de:
Aplicando Kirchoff al nudo A, la corriente I2 será:
Esta corriente circula por D1 en el sentido cátodo-ánodo, lo que confirma que el diodo funciona en su región zener.
Finalmente, la tensión de salida será de:
