Diodos Zener y amplificadores operacionales

Diodos Zener y amplificadores operacionales

Universidad Nacional de Colombia

Javier Rodríguez Sandoval

Facultad de Ingeniería

1. INTRODUCCIÓN

A lo largo del presente documento se estudiara la teoría y simulación de los diodos zener,más específicamente los diodos 1N4733, 1N4738 y algunos tipos de amplificadores operacionales. Cabe aclarar que algunas de las resistencias calculadas en el presente informe tendrán una tolerancia de ± 5%.

1. OBJETIVOS

Determinar las características I vs. V del diodo Zener, estudiar su aplicación en fuentes reguladas y analizar y

diseñar circuitos con amplificadores operacionales en configuraciones básicas.

1. MARCO TEÓRICO

Diodo zener: Es un semiconductor diseñado para conducir en la dirección inversa cuando se alcanza un determinado voltaje especificado, conocido como tensión zener.

Una vez alcanzada la tensión zener, los terminales del zener no varían, permanecen constantes, aunque aumente la tensión de alimentación.

1. CÁLCULOS PREVIOS

A.  Diodo 1N4733.

Se necesita calcular R1 y R2 de modo que cuando R1 sea = 0 la corriente que circula por el circuito sea menor a la corriente máxima que soporta el diodo en estudio, luego una vez calculado el valor de R2 se calculará el valor de R1 de modo que el valor máximo para R1 tal que la corriente sea mayor a la corriente mínima del diodo.

Según la hoja de datos del diodo zener 1N4733 su información es la siguiente:

Tabla 1

[pic 1]

Figura 1. Circuito con zener 1N4733

Debido a que el zener soporta una potencia de 1w, se asume que los valores de potencia máximos de las dos resistencias serán de ½ w. hacienda análisis con los valores de corriente máxima soportada por el diodo, Vz de diodo igual a 8.2 v y sus tolerancias ± 5%.

[pic 2]

[pic 3]

 Podemos asumir que la resistencia R2 puede ser de 300 ohm debido a que cumple con las condiciones necesarias para el diodo funciones. Con este valor de resistencia se obtiene una  esta corriente es menor a la corriente máxima soportada por el diodo, finalmente se obtiene una [pic 4][pic 5]

 Una vez fijado el valor de R2 nos disponemos a calcular el valor de R1, conociendo que .[pic 6]

[pic 7]

Se fija un valor para R1= 15k ohm, y se obtiene , siendo está corriente mayor a la necesaria. Finalmente se obtiene la potencia en las resistencias. [pic 8][pic 9]

B. Diodo 1N473.

Se necesita calcular el valor de R1 de tal manera que no se exceda la potencia máxima del diodo Zener (Z1) y que la tensión en la carga sea la indicada por el fabricante, teniendo en cuenta una variación en la fuente V1 con valores en el rango 15 − 24 V.

El modelo de valores del diodo 1N4733 se encuentra en la siguiente gráfica.

Tabla 2

[pic 11]

Una vez calculada la corriente máxima y las tensiones del zener se puede asignarle un valor a R. Cuando la fuente entrega 15 v, R debe tomar un valor de 119 ohm para asegurar Vz = 5.1 v, Por otro lado, cuando la fuente suministra su máxima tensión (24v), R sería igual a 228 ohm. La potencia en R varía de acuerdo a la tensión suministrada.

[pic 12]

[pic 13]

Se decidió establecer un valor intermedio para R de modo que cumpla con los parámetros requeridos, por la tanto R = 180 Ω.

[pic 14]   

Figura 2. Circuito de fuente regulada por diodo Zener.

C. Amplificador Operacional no inversor.

Se desea conocer el valor de las resistencias del circuito mostrado en la Figura 3 para obtener una

salida de 12 Vp−p cuando la señal de entrada es una senodal de 3 Vp−p y frecuencia 1kHz. Aplique una tensión

de polarización VCC adecuada teniendo en cuenta el valor máximo indicado en la hoja de datos.

[pic 15]

Figura 3: Amplificador No-Inversor

Para calcular el valor de las resistencias es necesario hacer un análisis de las tensiones entre los nodos, y de este obtenemos la siguiente formula.

[pic 16]

Es de nuestro interés que cuando   c con una frecuencia similar de 1k Hz. De esta información se puede decir que la tensión en Vin es cuatro veces mayor a la tensión presente en Vout. Despejando los valores de las resistencias según la formula anteriormente mencionada obtenemos:[pic 17]

[pic 18]

Una vez obtenido este planteamiento se puede deducir el valor de las resistencias de modo que cumplan con los valores presentes en la hoja de datos del amplificador inversor.

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