MASONIC RITUAL, SYMBOLS, DEGREES, RITES AND LODGE ROOM
2.1. Freemasonry, a Ritual-Based Fraternal Brotherhood
El diodo zéner basa su funcionamiento en el efecto zéner. Este componente es capaz de trabajar en dicha región cuando las condiciones de polarización lo determinen y, una vez que hayan desaparecido éstas, recupera sus propiedades como diodo normal, no llegando por este fenómeno a su destrucción salvo que se alcance la corriente máxima de zéner IZmax indicada por el fabricante.
La geometría de construcción es diferente al resto de los diodos, estribando su principal diferencia en la delgadez de la zona de unión entre los materiales tipo P y N, así como la densidad de dopado en los cristales básicos.
Sus parámetros principales son:
• VZ ; Tensión nominal zéner. Polarización inversa en torno a la cual su funcionamiento es efectivo. • IZmin ; Mínima corriente inversa de polarización para asegurar su correcto funcionamiento.
• IZmax ; Máxima corriente inversa de polarización con garantía de no destrucción. • PZ ; Potencia de disipación nominal del componente que no debe ser sobrepasada.
Existen distintos símbolos para su representación esquemática, la figura siguiente presenta los más usuales y su aspecto exterior, que no difiere en nada de los diodos semiconductores normales. En su designación se da información del tipo y de su tensión nominal de zéner.
Figura 3-14. Símbolos esquemáticos. Identificación de terminales.
3.18.1 Características tensión corriente.
Como ha quedado expuesto, el diodo zéner está ideado para trabajar con polarización inversa, careciendo de interés su funcionamiento en polarización directa, que es igual al de cualquier diodo semiconductor. La figura siguiente corresponde a su característica tensión-corriente, y en ella nos ayudaremos para estudiar su funcionamiento.
Figura 3-15. Diodo zéner. Característica tensión corriente.
Cuando el zéner está polarizado inversamente, con pequeños valores de tensión se alcanza la corriente inversa de saturación, prácticamente estable. Si se sigue aumentando la tensión de polarización inversa se alcanza un determinado valor, denominado tensión de codo o de giro, donde los aumentos de corriente son considerablemente fuertes frente a los aumentos de tensión.
Sobrepasada esta zona, a pequeños aumentos de tensión corresponden elevados aumentos de corriente IZ. Alcanzada la circunstancia anterior, nos encontramos en la región de trabajo efectivo zéner.
Se deben tener en cuenta ciertas consideraciones para asegurar el régimen de trabajo del zéner y que la tensión en sus extremos es considerablemente estable:
• el diodo debe ser atravesado, en todo momento, como mínimo por una corriente inversa, IZmin, expresada por el fabricante.
• No se debe sobrepasar en ningún caso IZmax para asegurar que el componente no se dañe.
• Estos dos valores de IZ llevan asociados un par de valores de tensión, VZ; aproximadamente, el valor medio de ellos expresa la tensión nominal del zéner VZnom.
• La potencia disipada en cada momento , PZ, vendrá expresada por el producto de los valores instantáneos de VZ e IZ.
3.18.2 El zéner como estabilizador.
En muchas circunstancias la tensión aplicada a una carga puede sufrir variaciones indeseables que alteren el funcionamiento normal de la misma. Estas variaciones tienen generalmente las siguientes causas:
• Una variación de la resistencia de carga, que lleva emparejada una variación de la intensidad de carga.
• Variaciones de la propia fuente de alimentación.
• Por ambas causas simultáneamente.
El estabilizador paralelo es el más extendido cuando sólo se usa un zéner. Vamos a estudiar el diseño de éste para el tercero de los casos antes descritos, que es el más corriente, una variación simultánea de la tensión de alimentación y de la corriente de carga.
Figura 3-16. Estabilizador de tensión mediante zéner.
En principio, se procederá a calcular el valor de Rpro. Esta resistencia se debe calcular de forma que aseguramos que por el zéner circule siempre como mínimo IZmin, la situación más desfavorable se dará cuando la tensión de alimentación sea mínima y la corriente de carga máxima, por lo tanto
R
V
V
I
I
pro CCmin L Lmax Zmin=
+−
( 3-73)A continuación determinaremos la potencia que deberá disipar la resistencia, el caso más desfavorable ocurrirá cuando la tensión de alimentación sea máxima.
(
)
P
V
V
R
Rpro CCmax L pro=
−
2 ( 3-74)En lo que al zéner se refiere, la corriente máxima que circulará por él se dará cuando la corriente en la carga sea la mínima, y la tensión de alimentación sea máxima.
(
)
I
V
V
R
I
Zmax CCmax L pro L=
−
−
2 ( 3-75)Como consecuencia la potencia máxima que debe disipar el zéner vendrá dada.
P
Zmax=V I
Z Zmax=V I
L Zmax ( 3-76)3.18.3 Ejemplo.
Con el mismo esquema de la figura anterior, diseñar un regulador básico para una entrada de 21±1 nos dé una salida de 10V y 20mA. Hallar R y la potencia que se disipa en cada componente.
Solución.
R=(vs-vz)/iR=(vs-vz)/(iL-iz) " R=(vSmin – vz)/(ILmax+IZmin)=47.6Ω
Si sólo pudieramos comprar resistencias de 450Ω y 500Ω, escogeríamos la primera, pues es la que produciría una corriente Iz mayor que la mínima por el zener que nos garantiza la conducción.
ILmin=0 (caso límite)
R=(vSmax-vz)/(ILmin+IZmax) " IZmax=25.1mA
Pz=2.31W
PR=2.54W
3.18.4 El zéner en alterna.
El diodo zéner también puede ser utilizado como recortador, el simple cambio de un diodo rectificador por un zéner implica un comportamiento diferente del limitador. La figura siguiente es un limitador doble asimétrico, según se aprecia en las tensiones representadas.
Figura 3-17. Recortador doble asimétrico.
Cuando el semiciclo correspondiente a vE es positivo, DZ se polariza inversamente y, un vez
alcanzada la tensión VZ, circula corriente por el circuito y la tensión vS se mantiene constante e igual a VZ, hasta que de nuevo disminuye vE y se bloquea VZ. Durante el semiperiodo negativo, DZ se
comporta como un diodo polarizado directamente y, por tanto, una vez que vE > 0.7 V, circula corriente por el circuito ya la tensión vS se mantiene constante e igual a 0.7 V. Un limitador doble simétrico se consigue con la disposición de la figura 3.5, siempre que VZ1 = VZ2.
Durante cada semiperiodo un zéner actúa como tal, polarizado inversamente, y el otro, como un diodo rectificador. El semiperiodo positivo la tensión de salida será vS = VZ1 + 0.7, y el semiciclo negativo vS = VZ2 + 0.7. Escogiendo adecuadamente zéner de distintas tensiones podremos obtener recortadores a distintos niveles. Un circuito similar, pero cambiando la disposición del zéner y la resistencia del circuito de la figura anterior, es el mostrado en la figura siguiente.
Figura 3-19. Circuito de efecto Crowbar.
Durante el semiciclo positivo, el diodo se encuentra polarizado inversamente, es decir, la corriente será nula hasta que supera la tensión zéner y, por tanto la tensión vS también será nula. Cuando vE supera dicha tensión, el diodo conducirá, y la tensión de salida vS, será la diferencia entre vE y VZ. En el semiperiodo negativo, el diodo queda polarizado directamente, por tanto la corriente será nula hasta que vE supere -0.7 V, igual que vS. Una vez superados los -0.7 V, el diodo conducirá ofreciendo una caída de tensión constante e igual a 0.7 V y, por ser un circuito serie, el resto de la tensión de entrada se reflejara en vS. Si observamos las formas de tensión, vemos que no existe tensión a la salida, hasta que la entrada no supera el valor VZ, éste es el llamado efecto Crowbar, se puede pues, considerar el circuito como un disparador por nivel de tensión.