Informe Final N°4 Laboratorio de Dispositivos Electrónicos PDF

 

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Ing. Electrónica, Eléctrica y de Telecomunicaciones

APELLIDOS Y NOMBRES

MATRÍCULA

Arica Vidal, Sebastián Boulangger Ñañez, Joan Manuel Minaya Rivera, Iberth Alexander Sinchi Rumuaca, Diego Adrian Yen Landa, Fuy Hong

17190285 17190247 17190084 17190280 17190092

CURSO

TEMA

Lab. Dispositivos y Componentes Electrónicos

Diodo Zener: Características Básicas

INFORME

FECHAS

Final

NOTA

REALIZACIÓN

ENTREGA

23 de mayo de 2018

30 de mayo de 2018

NÚMERO

4

 

GRUPO

PROFESOR

“L3” miércoles 2pm - 4 pm

Ing. Luis Paretto Quispe

 

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ÍNDICE GENERAL I.  CARÁTULA II.  OBJETIVOS III.  INTRODUCCIÓN TEÓRICA IV.  MATERIAL Y EQUIPO UTLIZADO V.  PROCEDIMIENTO VI.  DATOS OBTENIDOS-INTERPRETACIÓN VII.  CUESTIONARIO FINAL  –  DESARROLLO  DESARROLLO VIII.  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES IX.  BIBLIOGRAFÍA

ZENER |  | DIODO ZENER

 

3

 

DIODOS ZENER: CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

II.  OBJETIVOS: ▪ 

Verificar experimentalmente las características de funcionamiento del Diodo Zener.

III.  INTRODUCCIÓN TEÓRICA DIODO ZENER Es un diodo de silicio fuertemente dopado que se ha construido apara apar a que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor Clarence Melvin Zener. El diodo de Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura. Son mal llamados diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes. Además, si el voltaje de la fuente es inferior a la del diodo este no se puede hacer su regulación característica.

CARACTERÍSTICAS Si a un diodo Zener se le aplica una tensión eléctrica positiva al ánodo respecto a negativa en el cátodo (polarización directa) toma las características de un diodo rectificador básico (la mayoría de los casos), pero si se le suministra tensión eléctrica positiva de cátodo a negativa en el ánodo (polarización inversa), el diodo mantendrá la tensión constante. No actúa como como rectificador sino como un estabilizador de tensión. En conclusión: el diodo Zener debe ser polarizado inversamente para que adopte su característica de regulador de tensión. En la siguiente figura se observa un circuito típico de su uso como regulador de tensión:

ZENER |  | DIODO ZENER

 

4

 

Variando la tensión V a valores mayores que la tensión de ruptura del Zener, V z  se mantiene constante. Su símbolo es como el de un diodo normal, pero tiene dos terminales a los lados. Se deberá tener presente, que el diodo Zener al igual que cualquier dispositivo electrónico, tiene limitaciones y una de ellas es la disipación de potencia, si no se toman en consideración sus parámetros, el componente se quema.  

ZENER |  | DIODO ZENER

 

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IV.  MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO ❖  Una

❖  Un

Fuente de C.C. Variable

Multímetro Digital

❖  Dos

Miliamperímetros (DC)

❖  Un

Voltímetro de C.C. Analógico

❖  Un

Diodo Zener

❖  Resistencias

❖  Cables

de 100 Ω, 330 3 30 Ω y 4.7 KΩ.  KΩ.  

y conectores (cocodrilo/banano)

ZENER |  | DIODO ZENER

 

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V.  PROCEDIMIENTO 1.  Usando el ohmímetro, medir las resistencias directa e inversa del diodo Zener. TABLA 1 R directa (Ω)

R inversa (Ω)

6.62 KΩ 

> 30 MΩ 

2.  Armar el circuito de la figura 1.

a.  Consultando con el profesor, aumentar lentamente el voltaje a fin de observar y medir los datos registrados por los instrumentos, la Tabla 2 se confeccionará tomando como  base el voltaje nominal del diodo Zener. TABLA 2 Vcc(v.)

6.9 V

6.9 V

7V

7V

7.2 V

7.3 V

7.5 V

7.9 V

8.2 V

8.4 V

8.8 V

9.3 V

Vz(v.)

6.81 V

6.84 V

6.87 V

6.89 V

6.92 V

6.95 V

6.98 V

7.02 V

7.04 V

7.07 V

7.1 V

7.16 V

Iz(mA.)

0.1mA

0.2mA

0.5mA

1mA

2mA

3mA

5mA

8mA

10mA

12mA

15mA

20mA

 b.  Invertir el diodo a fin de verificar la polarización polariz ación directa, confeccionando la Tabla 3. TABLA 3 Vcc(v.)

0.6 V

0.8 V

0.8 V

0.85 V

1V

1.1 V

1.3 V

1.6 V

1.85 V

2.1 V

2.4 V

2.8 V

Vz(v.)

0.644V

0.666V

0.695V

0.717V

0.739V

0.752V

0.768V

0.784V

0.791V

0.796V

0.804V

0.813V

Iz(mA.)

0.1 mA

0.2 mA

0.5 mA

1 mA

2 mA

3 mA

5 mA

8 mA

10 mA

12 mA

15 mA

20 mA

ZENER |  | DIODO ZENER

 

7

 

3.  Armar el circuito de la figura 2.

a.  Aumentar lentamente el voltaje aplicado, observando y anotando los valores que registran los instrumentos. TABLA 4

Con Carga

Sin Carga (RL =

)

VAA 

Vz(v)

Iz(mA)

It(mA)

Vz(v)

Iz(mA)

It(mA)

7V

6.47 V

0 mA

1.5 mA

6.68 V

0.31 mA

0.4 mA

7.5 V

6.85 V

0.31 mA

1.8 mA

6.92 V

1.59 mA

1.6 mA

8V

6.92 V

1.58 mA

3.1 mA

6.96 V

2.97 mA

3 mA

8.5 V

6.96 V

2.98 mA

4.5 mA

7V

4.39 mA

4.4 mA

VI.  INTERPRETACIÓN DE DATOS   Con respecto a la Tabla 1, nos damos cuenta de que el diodo de forma dir directa ecta tiene

•

una resistencia en KΩ, y de forma inversa es superior a los MΩ. MΩ.  

  En la Tabla 2, como el diodo está polarizado inversamente (cátodo ( cátodo con una tensión

•

 positiva y ánodo con una negativa) va a tener la misma tensión en sus s us extremos,  pues conduce conduce y mantiene la tensión Vz constante. Y por concepto básico es la forma ideal que debe adoptar un diodo Zener para que actúe como el rectificador de tensión que se requiere.

  En la Tabla 3, como está polarizado directamente actúa como un diodo normal, es

•

decir un diodo rectificador, que no ofrece resistencia al paso de corriente, corriente , es por eso de que no soporta un voltaje mayor de 0 V. En esta tabla nos damos cuenta de que la tensión o voltaje es mínimo pues actúa como un diodo rectificador.

  Por último, en la Tabla 4 nos damos cuenta de que Iz e It llevan una cierta relación

•

cuando hay o no hay una R L, pues cuando la hay varían demasiado y cuando no la hay las intensidades van casi a la par pues no se nota mucho el cambio.

ZENER |  | DIODO ZENER

 

8

 

VII.  CUESTIONARIO FINAL  – DESARROLLO 1.  Usando los datos de las Tablas 2 y 3, construir la curva característica del diodo ZENER, identificar el codo ZENER y también la corriente nominal. IZ (mA)

VCC (V)

VZ (V)

20

2.8

0.813

15 12

2.4 2.1

0.804 0.796

10

1.85

0.791

8

1.6

0.784

5

1.3

0.768

3

1.1

0.752

2

1

0.739

1

0.85

0.717

0.5

0.8

0.695

0.2

0.8

0.666

0.1

0.6

0.644

-0.1

-6.9

-6.81

-0.2

-6.9

-6.84

-0.5

-7

-6.87

-1

-7

-6.89

-2

-7.2

-6.92

-3

-7.3

-6.95

-5

-7.5

-6.98

-8

-7.9

-7.02

-10

-8.2

-7.04

-12

-8.4

-7.07

-15

-8.8

-7.1

-20

-9.3

-7.16

Como podemos ver, la tensión de codo Zener es:    = 7  

Por teoría se sabe lo siguiente:

ZENER |  | DIODO ZENER

 

9

 

La corriente nominal estará dada por:

   =  ∗      ∶  Voltaje nominal    ∶ Potencia del diodo (suministrada por el fabricante)   ∶  Corriente nominal   = 1  = 0.138  = 138    7.2 ZENER |  | DIODO ZENER

 

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  2.  Usando los datos de la Tabla 2 y 3, determine sus resistencias dinámicas de Zener y de polarización directa, respectivas. respectivas.  ❖ Según

la Tabla 2:

Para determinar el valor de la resistencia dinámica del diodo Zener polarizado inversamente se usará la siguiente ecuación:

  =    (−)      (−) Entonces tenemos:   =

 

.−.

(.−. .−.))∗(.)

= 0.3 Ω 300 Ω    =

  =

 

.−.

(.−. .−.))∗(. .))

  .−. (−. −.))∗(. .))

  .−. (− −))∗(. .))

  .−. (− −))∗(. .))

  .−. (− −))∗(. .))

(− −))∗(.)

  .−. (− −))∗(. .))

= 0.015 Ω 15 15Ω 

 = 0.03 Ω 30Ω   

.−.

(− −))∗(. .))

 = 0.01 Ω 10 10Ω 

 = 0.03 Ω 30Ω    =

  =

 = 0.01 Ω 10 Ω 

  .−.

  =   =

 = 0.01334 Ω 13.34Ω 

 = 0.04 0.04 Ω Ω 40Ω    =

  =

(− −))∗(. .))

 = 0.1 Ω 100 100Ω    =

  =

  .−.

 

.−.

(− −))∗(. .))

 = 0.012 Ω 12Ω 

 = 0.015 Ω 15Ω 

Podemos verificar con estos valores que a medida que vamos aumentando la corriente, el valor de la resistencia disminuye hasta llegar a un punto en el cual se mantiene casi constante. ❖ Según

la Tabla 3: Ahora determinaremos el valor de la resistencia dinámica del diodo Zener polarizado directamente. Entonces tenemos:   .−.

  =

(.−. .−.))∗(.)

  =

(.−. .−.))∗(. .))

  = 

  .−.

  .−. (−. −.))∗(. .))

= 0.22 Ω 220Ω 

  =

 = 0.09667 0.09667 Ω 96.67Ω 

  =

 = 0.044 Ω 44Ω 

  =

  .−. (− −))∗(. .))

  .−. (− −))∗(. .))

  .−.

 = 0.022 Ω 22Ω 

 = 0.013 Ω 13Ω 

 = 0.008 Ω 8Ω 

(−) −)∗(.) .)

ZENER |  | DIODO ZENER

 

11

 

  =

  =

  .−.

 = 0.00534 0.00534  Ω Ω 5.34Ω  )

(− −))∗(. .)

  .−. (− −))∗(. .))

  =

 = 0.0035 0.0035 Ω < > 3.5Ω 

  .−.

  =

  .−. (− −))∗(.)

  =

= 0.0025 Ω 2.5 2.5Ω 

0.804 0.80 4  0.79 0.796 6 (15  12) ∗ (0.001 0.001))

 = 0.00267 0.00267 Ω Ω 2.67 

 = 0.0018Ω 1.8 Ω 

(− −))∗(. .))

Aquí podemos verificar que la resistencia va disminuyendo en todos los casos, por ende, tiene el comportamiento de un diodo normal polarizado directamente.

3.  Verificar el porcentaje de regulación usando los resultados de la Tabla 4, haga sus comentarios al respecto. Fórmula para hallar el porcentaje de regulación: |      | %=   ∗ 100% 100%    Hallamos el porcentaje de regulación para cada valor distinto de V AA para el cuela el Zener conduce en inversa c/s carga. Entonces tenemos: Para un VAA=7V

%=

|6.68 .68  6.4 6.47|   ∗ 100% 100% = 3.14% 3.14%  6.68

%=

|6.92 .92  6.8 6.85|   ∗ 100% 100% = 1.01% 1.01%  6.92

Para un VAA=7.5V

Para un VAA=8V

% = |6.96 .96  6.9 6.9 2| ∗ 100% 100% = 0.57% 0.57%  6.96 Para un VAA=8.5V

%=

|7.00 .00  6.9 6.96|   ∗ 100% 100% = 0.57% 0.57%  7.00

Podemos decir que:

  Un diodo Zener ideal utilizado como regulador tendría como característica principal

•

que la tensión entre sus terminales no variaría si es que se le colca una carga.

  Para un regulador real, cuando se le coloca una carga, la demanda de corriente total

•

incrementa, esto es precisamente lo que ocasiona que la tensión en los terminales del Zener disminuya. ZENER |  | DIODO ZENER

 

12

 

  Un buen regulador es aquel que su porcentaje de regulación es lo más pequeño

•

 posible.

  De los valores obtenidos del porcentaje de regulación podemos ver que este valor

•

no es muy significativo, y que incluso decrece a medida que se incrementa la tensión de la fuente V AA.

VIII.  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ▪ 

El trabajo principal de un diodo Zener es el de estar polarizado inversamente para que funcione como regulador de tensión.

▪ 

Si lo polarizamos directamente, el diodo Zener trabajará como un diodo normal, es decir, como rectificador de corriente.

▪ 

El codo Zener viene a ser la tensión en donde se mantiene constante.

IX.  BIBLIOGRAFÍA ▪ 

https://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_Zener

▪ 

http://www.areatecnologia.com/electronica/diodo-zener.html

▪ 

http://piensa3d.com/que-es-diodo-zener-funcionamiento-aplicaciones/

ZENER |  | DIODO ZENER