Estabilizador de voltaje zener sin carga PUBLIC

Se presenta el funcionamiento de un estabilizador de tensión básico sin carga.

En la figura se muestra el típico circuito estabilizador de tensión zener. El objetivo es obtener una tensión de salida Vo mucho más estable que la de la fuente de tensión de entrada V1. En nuestro caso, tenemos una fuente de tensión de 5V poco estable en el tiempo, ya que puede variar entre 4,6 y 5,4V, y pretendemos obtener una tensión más estable y siempre algo superior a los 3,3V de tensión nominal del diodo zener utilizado.

Funcionamiento.- El 1N4728A es un diodo zener de 3,3V y 1W que se caracteriza por tener una Z_Z max de 10Ω @ I_Z= 76mA.

En estas condiciones para calcular la tensión de salida Vo tendremos que sustituir el zener por su modelo equivalente en la zona de ruptura, que consiste en el circuito serie compuesto por una fuente de tensión continua igual a la tensión de ruptura $(V_z = 3,3V)$ y una resistencia equivalente a la que presenta en esa zona $(Z_Z=10Ω)$. Analizando el circuito se puede obtener la corriente que circula en inversa por el diodo, que dependerá de la tensión en la fuente V1.

Para la tensión nominal de 5V, $$I_Z = \frac{5 - 3,3}{100 + 10} = 14,45 mA $$ En el caso del valor mínimo de V1,$$I_{min} = \frac{4,8 - 3,3}{100 + 10} = 13,63 mA $$ En el caso del valor máximo de V1,$$I_{max} = \frac{5,2 - 3,3}{100 + 10} = 17,27 mA $$

A partir de dichos valores, se pueden obtener los valores máximo y mínimo de tensión a la salida del circuito: $V_{o min} = 3,3 + 0,01363.10 = 3,43 V$ y $V_{o max} = 3,3 + 0,01727.10 = 3,47 V$. Como se pede observar, el rizado de la señal de entrada (0,4V) se ha reducido en la salida a 0,04V, lo cual supone unas diez veces menos.

Por otro lado, la máxima potencia disipada por el zener se obtendrá de multiplicar la tensión máxima por la corriente máxima, es decir 3,47 . 17,27 = 59,92 mW , siendo ésta muy inferior de la máxima potencia (1 W) especificada por el fabricante para este diodo. Por tanto el zener trabajará sin ningún tipo de problema.