Problema resuelto de electronica con diodos zener
Para cada uno de los circuitos mostrados en la figura 1, calcular: a) La corriente I; b) La potencia disipada en la resistencia; c) La potencia disipada en el diodo zener. La característica V-I del diodo zener es la de la figura 2. Datos para el problema resuelto de electronica: R1=R2=R3=R4 =R5=100Ω.
Solución:
a) Estando el ánodo del diodo conectado a una tensión de -10V no hay posibilidad de que el diodo conduzca en directo. Se supone que el diodo conduce en su región zéner, y, de acuerdo con la figura 2, se sustituye por una fuente V1 de 5V. El circuito equivalente total es el de la figura 3.
La corriente I viene dada por:
La corriente tiene el sentido señalado en la figura 3, es decir, va de cátodo a ánodo, lo que confirma que la hipótesis planteada es correcta.
La potencia disipada en la resistencia es:
La potencia disipada en el zéner es:
b) Aunque se ve fácilmente que el diodo puede conducir en directo, para ilustrar el razonamiento se parte de una hipótesis falsa, se supone que el diodo conduce en su región zener. El circuito equivalente resultante se muestra en la figura 4:
La corriente I es:
El sentido real de esta corriente es, otra vez, el mostrado en la figura 4. Es decir, es una corriente que circula de ánodo a cátodo, mientras que la suposición inicial de funcionamiento en la región zener, implicaba que la corriente debería circular de cátodo a ánodo.
Así pues, si se supone que el diodo conduce en directo, el circuito equivalente es el de la figura 5.
La corriente I se puede calcular ahora como:
La potencia disipada en la resistencia es:
y en el zéner:
c) El diodo no puede estar en directo, el ánodo está a 0V y la tensión en el cátodo tendría que ser negativa. Por tanto se supondrá que el diodo está en la región zener. El circuito equivalente es el de la figura 6.
Como en el caso a), la corriente tiene el sentido indicado en la figura (de cátodo a ánodo), lo cual confirma que la hipótesis inicial es cierta:
La potencia disipada en el diodo y en la resistencia resulta igual que en caso a).
d) Como en el caso c), el diodo no puede conducir en directo. La tensión en el circuito debería ser de, por lo menos, 5V para que el diodo funcionara en su región zéner. Se plantea, de nuevo, una hipótesis incorrecta, para ilustrar el proceso de resolución.
Se supondrá que el diodo actúa en su región zener. El circuito equivalente, en este caso, es el de la figura 7, y la corriente I resultaría:
Es decir, en sentido inverso al de conducción como zéner. Por tanto, la hipótesis inicial es incorrecta.
La figura 8 muestra la solución correcta para el circuito. El diodo está en corte y la corriente es nula.
También es nula la potencia disipada en la resistencia y en el diodo.
e) Finalmente, la figura 9 muestra el circuito equivalente en el supuesto de que el diodo conduzca en directo.
La corriente I es:
El signo menos indica que el sentido real de la corriente es contrario al mostrado en la figura. La corriente tiene sentido ánodo a cátodo, es decir, el diodo conduce en directo. La suposición inicial es, por lo tanto, correcta.
La potencia disipada en la resistencia es:
y en el zéner:
