Zener: resistencia limitadora y carga

Como es muy importante el  tema del diodo Zener y su forma de regular, he decidido hacer éste nuevo post con un pequeño ejercicio, para demostrar mejor cómo encontrar una resistencia limitadora que se ajuste a lo que el circuito de carga nos pide.

Sabemos que el zener nos sirve de regulador y estabilizador de tensión en ciertas condiciones, sobre todo para circuitos de bajo consumo en fuentes de alimentación, y no se puede jugar con corrientes muy altas. Vamos a suponer un circuito de aplicación muy común, donde hemos sacado la onda del filtro con un nivel de continua de 12 voltios, pero queremos que nuestro circuito se alimente con 5, un circuito cuyo consumo equivale a una resistencia de 400 ohmios.

zener

 

Como veis el zener es de 5V1 y supongamos que los datos del fabricante son: necesita una corriente mínima de 5 mA y tiene una potencia máxima de 1/4 de watio, 250 mW. Además vamos a ser "pijoteros", y vamos a incluir un diodo LED cuya corriente es de 20 mA y su cdt de 2V en paralelo al Zener y a la carga, por supuesto con su debida resistencia limitadora.

En primer lugar, sabemos que en el cátodo del zener cuando esté activo habrán 5 voltios, y supondremos que está activo siempre, porque para eso está. Y nombraremos unas corrientes: la corriente que pasa por la resistencia limitadora hasta el nudo del cátodo, y de ése nudo salen la corriente de zener, la corriente del LED y la corriente de la carga.

Ilim = Iz + Il + Ic

La corriente en la resistencia limitadora nos la sabemos todos, se supone:

Ilim = (Vin - Vz )/RL

Donde RL es nuestra incógnita y lo que nos interesa de éste ejemplo.

Il también la sabemos, 20 mA.

La corriente en la carga tampoco es nada complicada:

Ic = Vz/Rc

¿Y la corriente en el zener? ¡Hay dos posibles! Tendremos que calcular ambas y con ello obtendremos los valores máximo y mínimo de la resistencia limitadora. Primero:

Izmin = 5 mA, obtendremos la resistencia limitadora máxima.

(12-5)/RL = 20 + 5 + 5/0,4

RL máx = 186 ohm

Izmax se obtiene de la potencia máxima del zener: 50 mA

(12-5)/RL = 20 + 50 + 5/0,4

RL mín = 84 ohm

Ahora seleccionamos un valor normalizado entre esos dos, y ya tenemos el valor de la resistencia limitadora. La más ajustada en éste caso es de unos 100 ohmios.

Ahora bien, la resistencia limitadora lleva consigo el  problema de que su potencia nominal es importante, pues si la carga se cortocircuita el zener no regula y no hay caída de tensión en él. Se calcula muy sencillamente mediante las fórmulas de potencia:

P = V^2/R = 12^2/100 = 1,44 W

Nos tenemos que asegurar de que la potencia nominal de la resistencia es de más de 1'4 watios.

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