¿Por qué conectamos una resistencia antes de un diodo Zener?

Question

¿Por qué necesitamos una resistencia en un circuito de diodo Zener, como en el diagrama siguiente?

Entiendo que es para limitar la corriente, pero ¿cómo es eso, y por qué lo necesitamos para un diodo Zener?

¿Afecta al rendimiento del circuito la selección de diferentes valores de resistencias? Cuando seleccionamos un diodo Zener, miramos en las especificaciones las diferentes corrientes inversas que pueden circular a través de ellos. Pero si éstas pueden modificarse mediante resistencias, ¿podemos seleccionar cualquier diodo Zener a una tensión, sin fijarnos en la corriente máxima?

Answer 1

En lugar de pasar a "sin resistencia", considera qué ocurre si utilizamos resistencias de valores diferentes (más bajos) y observa el patrón. A medida que reducimos el valor de la resistencia, la corriente a través del zener aumentará. Incluso si la fuente de tensión no es perfecta, la potencia disipada por el zener hará que falle por sobrecalentamiento.

Answer 2

La corriente a través de la resistencia es, por KVL y la ley de Ohm:

\$\dfrac{V_{IN} - V_Z}{R_S}\$

Esta es la máximo corriente a través del diodo zener y así, \$R_S\$ se elige para limitar la corriente a través del diodo a un valor tal que la potencia máxima disipada por el diodo sea inferior a la potencia nominal máxima.

Por ejemplo, si el Zener es un dispositivo de 12V y 1W, querremos que la corriente máxima del zener sea inferior a \$\dfrac{1}{12}A \$ .

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De un comentario a otra respuesta:

podemos seleccionar cualquier zener a un voltaje, sin lo máxima?

El objetivo de la respuesta de Jim, y la mía, es hacer hincapié en la disipación de energía asociado al diodo zener.

Dado que, evidentemente, nuestras respuestas no son suficientes a este respecto, consideremos el siguiente extracto de la ficha técnica de un diodo zener:

Tenga en cuenta que la primera entrada es disipación de potencia máxima absoluta . En este caso, \$P_D = 500mW\$ .

Por lo tanto, si elige un diodo zener de esta familia con una tensión zener de \$V_Z \$ , debe elegir una resistencia que limite la corriente máxima a un valor (quizás considerablemente) inferior a :

\$I_{Z_{max}} < \dfrac{P_D}{V_Z}\$

Por ejemplo, si elige el 1N5231B con un valor nominal de \$V_Z = 5.1V\$ debe elegir una resistencia tal que

\$I_{Z_{max}} < \dfrac{0.5W}{5.1V} = 98 mA \$

Answer 3

Ni la fuente de alimentación ni el diodo Zener son ideales. Una fuente de alimentación tiene una impedancia de salida muy baja y un diodo Zener tiene una impedancia distinta de cero. Sin una resistencia en serie esto significa:

1. La corriente del diodo Zener será muy alta
2. La tensión a través del diodo Zener será superior a la especificada debido a su resistencia interna
3. Debido a la gran corriente que puede fluir la disipación de potencia, ( \$P_{dissipated}=V_{zener}×I_{zener}\$ ), será enorme. Un diodo Zener normal tiene una potencia nominal de 400 mW o 500 mW.

Answer 4

¿Para qué sirve utilizar un zener? Respuesta corta: Para proporcionar una tensión Vz que no sea muy sensible a los cambios de carga (baja resistencia dinámica de salida) - y que pueda derivarse de otra fuente de tensión Vo que o bien sea mayor y/o bien varíe demasiado con el tiempo.

Recordando el KVL, necesitamos una pieza que pueda producir el diferencia Vo-Vz . Una resistencia en serie con el diodo Zener sirve para este propósito