Problemas

Queremos construir un circuito estabilizador (Regulador) que entregue a la salida una tensión de 5,1 V, sabiendo que la carga consume una I_Lmáx = 100 mA, siendo I_Lmín = 0 y que dispone de una alimentación que varía entre 9 V y 10 V. Los diodos zener de que se dispone son:

Elegir el componente que corresponda y diseñar el circuito.

Solución:

Hay que elegir el más barato que se pueda. Si cogemos el Z₁:

Si se abre la carga por el zener irían 105 mA y como I_Zmáx = 78 mA no podría funcionar, se quemaría y se estropearía no la resistiría. Si probamos con Z₂:

Veamos si es suficiente esa corriente, la peor suposición es I_Lmáx = 100 mA.

Si abrimos la carga los 150 mA van por el zener y como soporta hasta 294 mA si valdría, el Z₂ es el adecuado. Ahora elegiremos la resistencia (R).

Tenemos dos puntos importantes para analizarlos:

Peligro de que el zener se quede sin corriente

Suposiciones críticas para ese punto:

El peor caso para que el zener se quede sin corriente es que vaya el máximo valor por R_L o que vaya el mínimo de tensión por R_L (9 V).

Si varío esa R por ejemplo a 30 W:

Disminuye la I_Z al aumentar la R. Por lo tanto no puedo poner resistencias mayores que 26 W. Si ponemos resistencias menores que 26 W la intensidad zener aumenta y por lo tanto si se pueden poner.

En el otro punto peligroso.

Peligro de que el zener se queme

Entonces la resistencia esta entre estos dos valores:

Cualquier valor entre estos dos valores valdría, tomamos por ejemplo: R = 22 W. Vemos que ocurre en los 2 casos extremos:

Ahora que sabemos en que zona trabaja el zener tenemos que calcular de que potencia elegimos esa resistencia.

Peor caso: I_Z = 222 mA P = (10-5,1)·222·10^-3 = 1,08 W

Se coge una valor normalizado de 2 W.

Ahora vamos a ver el rango de valores por el que mueve la resistencia de carga (R_L):

Calculo de la Recta de carga: Tomaremos el convenio de la figura con lo que nos saldrán la intensidad y la tensión negativas (en el tercer cuadrante).

Punto A

Punto B

Finalmente la representación gráfica de esas ecuaciones queda de la siguiente manera:

Las dos rectas de carga son paralelas. Los demás puntos están entre esas dos rectas paralelas.

Problema 5.2.

a) Un diodo zener que disipa una P_máx = 0.2 W, regula a 5 V desde una I_Zmín = 5 mA. Se pretende construir un regulador de 5 V que regule desde I_L = 0 hasta el valor máximo de I_L. Suponiendo una v_i = 20 V. Determinar el valor de la Resistencia, su potencia y la I_Lmáx.

Solución:

Primeramente calcularemos los puntos límite de ruptura del diodo zener:

Si la R_L está en vacío, por la R va el máximo valor de la intensidad por el zener (I_Zmáx = 40 mA). Para calcular el valor máximo de la intensidad por la carga, vemos que por el zener la I_Lmín = 5 mA y como hemos dicho que el valor máximo por R son 40 mA, entonces por la carga el máximo valor que irá será: I_Lmáx = 35 mA. Ahora calcularemos los valores de la resistencia (R), la tensión por la resistencia (V_R) y la potencia por la resistencia (P_R).

b) Suponiendo que se mantiene la R del apartado a) y que la R_L es cte y de valor 200 W, hallar el valor máximo y mínimo de la tensión de entrada para que el circuito regule bien.

Solución:

Para calcular los valores máximo y mínimo de la tensión de entrada tengo que estar en los puntos límite del circuito.

Con lo que tenemos un rizado a la entrada entre esos 2 valores.

Problema 5.3.

En circuito estabilizador de la figura, los valores nominales son:

a) Calcular la R_limitadora usando los valores nominales. Usar este valor para los siguientes apartados.

Solución:

Aplicamos la 2ª aproximación y sustituimos por el modelo de esa 2ª aproximación.

b) Se desea que la carga esté alimentada a una tensión de 5 V, con variaciones de corriente de 10 mA a 20 mA, si bien la nominal es de 20 mA. Si la v_e tiene un rizado de + 12 % y -11 % con respecto al valor nominal de 10V, calcular el tanto por cien de la variación de I_S entre 10 mA y 20 mA. Calcular la máxima potencia disipada por el diodo zener.

Solución: