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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Facultad de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones

Apellidos y Nombres: Nº de Matrícula:

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Realización: Entrega:

LABORATORIO DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

EL DIODO ZENER. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

Informe: Fechas: Nota:

Final

Número: 05 Octubre 2012 26 Octubre 2012

04

Grupo: Profesor:

Número: Horario:

Ing. Luis Paretto Quispe 04

viernes 2:00-4:00pm

Informe del Laboratorio de Dispositivos electrónicos

EL DIODO ZENER. CARACTERÍSTICAS

I. OBJETIVOS :

• Verificar experimentalmente las características del funcionamiento

del diodo zener

II. INTRODUCCIÓN TEÓRICA:

Tipo

Configuración

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EL DIODO ZENER. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

Verificar experimentalmente las características del funcionamiento

del diodo zener.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA:

Diodo Zener

Pequeño diodo Zener

Tipo Semiconductor

Símbolo electrónico

Configuración Ánodo y Cátodo (se polariza inversamente, con respecto al diodo

convencional)

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FIEE

EL DIODO ZENER. CARACTERÍSTICAS

Verificar experimentalmente las características del funcionamiento

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FIEE

DIODO ZENER

El diodo Zener es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El diodo 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 a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes

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FIEE

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FIEE

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FIEE

III. Materiales y equipos:

• Fuente de corriente continua o voltaje ajustable

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FIEE

• Voltímetro analógico de CC

Voltímetro analógico

Marca Yokogawa

Modelo 201139

No: 84AA2175

Sensibilidad 1 mA - 1K Ω/V

• Dos miliamperímetros analógicos de CC

Miliamperímetro Analógico

Marca YOKOGAWA

Modelo 205103

No: 85BA0036

Sensibilidad 100 Ω/V

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FIEE

• Un multímetro digital

Multímetro Digital

Marca FLUKE

Modelo 175

SBN 60226443-0260

• Un Diodo Zener

• Resistencias de 148.7 Ω, 327.1 Ω y 3.916 KΩ

• Cables y conectores (cocodrilo/banano)

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IV. Procedimiento:

1. Usando el ohmímetro, medir las resistencias directa e inversa del Diodo Zener.

R. Directa 74.4 Ω

2. Armar el circuito de la figura 1.

a. Consultar con el profesor, aumentar lentamente el voltaje a fin de observar y medir los datos registrados por los instrumentos. La tabla 2 se confeccionara tomando como base el voltaje nominal de diodo zener.

Polarización Inversa.

IZ(mA.) 0.1 0.2 0.5 1.0

Vz(v.) 12.05 12.05 12.05 12.07

Vcc (v.) 12.5 12.5 12.5 12.6

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Usando el ohmímetro, medir las resistencias directa e inversa del

R. Inversa ≥30 MΩ

Armar el circuito de la figura 1.

Consultar con el profesor, aumentar lentamente el voltaje a fin de observar y medir los datos registrados por los instrumentos. La tabla 2 se confeccionara tomando como base el voltaje nominal de diodo zener.

Polarización Inversa.

1.0 2.0 3.0 5.0 8.0 10.0

12.07 12.08 12.13 12.19 12.26 12.35

12.6 12.6 12.8 13.5 14.2 14.2

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Usando el ohmímetro, medir las resistencias directa e inversa del

Consultar con el profesor, aumentar lentamente el voltaje a fin de observar y medir los datos registrados por los instrumentos. La tabla 2 se confeccionara tomando como base

12.0 15.0 20.0

12.35 12.41 12.54 12.75

14.2 14.44 15.2

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Polarización Directa.

3.- Armar el circuito de la figura.

a. Aumenta lentamente el voltaje aplicado, observado y los valores que registran los instrumentos.

Con carga

VAA Vz(v.) Iz(mA.)

13 11.54 0

13.5 11.83 0.36

14 11.88 1.5

14.5 11.91 2.43

IZ(mA.) 0.1 0.2 0.5

VCC(v.) 0.72 0.76 0.84

VZ (v.) 0.69 0.72 0.74

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Polarización Directa.

Armar el circuito de la figura.

Aumenta lentamente el voltaje aplicado, observado y los valores que registran los instrumentos.

Sin carga (RL= ∞)

Iz(mA.) It(mA) Vz(v.) Iz(mA.)

0 3.41 11.93 2.47

0.36 3.83 11.95 3.61

1.5 4.99 11.99 4.76

2.43 3.93 12.04 5.85

1.0 2.0 3.0 5.0 8.0 10.0 12.0

0.85 1.02 1.16 1.46 1.82 2.00 2.22

0.75 0.77 0.78 0.80 0.81 0.81 0.82

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FIEE

Aumenta lentamente el voltaje aplicado, observado y anotando

Iz(mA.) It(mA)

2.45

3.58

4.71

5.80

12.0 15.0 20.0

2.22 2.54 3.20

0.82 0.83 0.84

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V. CUESTIONARIO FINAL

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 3.85 0.812 15 3.2 0.803 12 2.59 0.797 10 2.3 0.792 8 2.02 0.785 5 1.55 0.772 3 1.22 0.758 2 1.06 0.746 1 0.89 0.709

0.5 0.79 0.709 0.2 0.72 0.685 0.1 0.69 0.669

-0.1 -15.19 -15.11 -0.2 -15.21 -15.12 -0.5 -15.3 -15.3

-1 -15.4 -15.15 -2 -15.6 -15.2 -3 -15.8 -15.25 -5 -16.2 -15.35 -8 -16.8 -15.51

-10 -17.2 -15.61 -12 -17.6 -15.71 -15 -18.2 -15.81 -20 -19.2 -16.07

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El DIODO ZENER tiene como grafica la siguiente imagen

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4

Co

rrie

nte

de

l Z

en

er

Iz (

mA

)

Tensión en el Zener Vz (V)

Iz vs Vz

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CODO

La corriente nominal estará dada por:

= .

: ( )

: ( )

:

2. Usando los datos de las Tablas 2 y 3 determinar las resistencias dinámicas de ZENER y de polarización directa.

Datos TABLA 2(Polarización Inversa)

Ahora hallamos el valor de la Resistencia Dinámica del DIODO ZENER polarizado inversamente.

Vcc(v) 15,19 15,21 15,3 15,4 15,6 15,8 16,2 16,8 17,2 17,6 18,2 19,2

Vz(v) 15,11 15,12 15,13 15,15 15,20 15,25 15,35 15,5 15,6 15,7 15,81 16,06

Iz(mA)

0,1 0,2 0,5 1,0 2,0 3,0 5,0 8,0 10,0 12,0 15,0 20,0

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FIEE

Usamos para esto la siguiente ecuación

= − (−1) − (−1)

: ℎ Con los datos de la tabla 2

1 =15.12−15.11

0.1∗10−3= 100 Ω 7 =

15.5−15.35

(8.0−5.0)∗10−3= 50 Ω

2 =15.13−15.12

(0.5−0.2)∗10−3=

100

3Ω 8 =

15.6−15.5

(10−8)∗10−3= 50 Ω

3 =15.15−15.13

(1.0−0.5)∗10−3= 40 Ω 9 =

15.71−15.6

(12−10)∗10−3= 55 Ω

4 =15.20−15.15

(2−1)∗10−3= 50 Ω 10 =

15.81−15.71

(15−12)∗10−3=

100

3 Ω

5 =15.25−15.20

(3−2)∗10−3= 50Ω 11 =

16.06−15.81

(20−15)∗10−3= 50 Ω

6 =15.35−15.25

(5−3)∗10−3= 50 Ω

Haciendo un análisis podemos ver que la resistencia del Zener polarizado inversamente se mantiene en un valor casi constante a pesar que a través de él circula cada vez más y más corriente.

Datos TABLA 3(Polarización Directa)

Vcc(v) 0.69 0.72 0.79 0.89 1.06 1.22 1.55 2.02 2.30 2.59 3.20 3.85

Vz(v) 0.669 0.684 0.709 0.727 0.746 0.758 0.772 0.785 0.792 0.797 0.803 0.812

Iz(mA) 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 3.0 5.0 8.0 10.0 12.0 15.0 20.0

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Ahora hallamos el valor de la Resistencia Dinámica del DIODO ZENER polarizado directamente. Usamos para esto la siguiente ecuación

= − (−1) − (−1)

: ℎ Con los datos de la tabla 3

1 =0.684−0.669

0.1∗10−3= 150Ω 7 =

0.785−0.772

(8.0−5.0)∗10−3=

13

3 Ω

2 =0.709−0.684

(0.5−0.2)∗10−3=

250

3Ω 8 =

0.792−0.785

(10−8)∗10−3=

7

2 Ω

3 =0.727−0.709

(1.0−0.5)∗10−3= 36 Ω 9 =

0.797−0.792

(12−10)∗10−3=

5

2 Ω

4 =0.746−0.727

(2−1)∗10−3= 19 Ω 10 =

0.803−0.797

(15−12)∗10−3= 2 Ω

5 =0.758−0.746

(3−2)∗10−3= 12 Ω 11 =

0.812−0.803

(20−15)∗10−3=

9

5 Ω

6 =0.772−0.758

(5−3)∗10−3= 7 Ω

Podemos ver que conforme aumenta el voltaje y la corriente su resistencia disminuye y se comporta del mismo modo que un diodo normal polarizado directamente.

3. Verificar el porcentaje de regulación usando los resultados de la tabla 4,

haga sus comentarios al respecto. Con los datos de la tabla

Con carga Sin carga (RL= ∞) VAA Vz(v.) Iz(mA.) It(mA) Vz(v.) Iz(mA.) It(mA) 16.5 15.05 0 3.9 15.32 3.3 3.3 17 15.22 1.03 4.95 15.39 4.6 4.6

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17.5 15.3 2.3 6.3 15.44 3.65 5.75 18 15.34 3.6 7.6 15.51 7.0 7.1

De la fórmula para hallar el porcentaje de regulación:

% = $ %sin & − % & %sin & ' ∗ 100%

Hallamos el porcentaje de regulación para cada valor distintito de VAA para el cual el Zener conduce en inversa con carga y sin carga.

VAA Vz(sin carga) Vz(con carga) Porcentaje de regulación 17 15.39 15.22 1.10%

17.5 15.44 15.3 0.91% 18 15.51 15.34 1.1%

Un diodo Zener ideal utilizado como regulador tendría como característica principal que la tensión entre sus terminales no variaría si es que se le coloca 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.

Un buen regulado es aquel que su porcentaje de regulación es lo más pequeño posible.

De la tabla con los valores 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 VAA.

VI. Exponer sus conclusiones del experimento.

El Diodo Zener, al igual que un Diodo Rectificador, conduce en directa.

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A diferencia del Diodo Rectificador visto en el experimento anterior, el Diodo Zener está diseñado para funcionar mejor en la región inversa (con polarización en inversa).

El Diodo Zener presente una resistencia pequeña en directa. El Zener se comporta como un circuito abierto cuando esta polarizado

en inversa, hasta que la tensión en sus terminales supera la tensión característica del zener, en ese instante la tensión en sus terminales es aproximadamente constante y es igual a la tensión característica del Zener determinada por el fabricante.

El Zener utilizado como regulador tiene un buen desempeño, pero si queremos una tensión que no varíe al colocar una carga no es muy adecuado, ya que la tensión en el Zener varia cuando la carga es mayor.

Un diodo Zener puede ser representado en un circuito eléctrico como una resistencia muy pequeña, conectada en serie con una fuente de tensión, la cual tiene como valor el mismo valor que la tensión característica del Zener.