Circuito regulador con diodo Zener

[Alriga]

Procedemos a resolver este viejo hilo que ha sido consultado muchas veces, para futuros visitantes interesados en el tema. El enunciado proporciona el circuito de la parte superior y la característica del diodo Zener de la parte inferior de la figura:

Redibujamos el circuito abajo:

a) ¿El diodo está en conducción directa, inversa, en corte o en cortocircuito?

Miremos el circuito de la izquierda. Como el positivo de la fuente está hacia el cátodo del diodo, es imposible que el diodo conduzca en directo. Ahora imaginemos que desconectamos el diodo Zener y calculamos la tensión U: si esta tensión nos saliese inferior a 4V sabríamos seguro que el Zener está en corte y no regula a 4V, que es para lo que está pensado el circuito. Aplicando "divisor de tensión" para calcular U sin diodo:

$U=8\dfrac{60}{40+60}=4.8 \ V$

Eso significa que el diodo tiene posibilidades de estar en conducción inversa y regular, ya que 4.8>4, y que tiene sentido analizar el circuito equivalente de la derecha para estar seguros. Aplicamos a éste el método de los nudos con los sentidos de las corrientes marcados por las flechas azules:

$\dfrac{8-U}{40}=\dfrac{U-4}1+\dfrac U{60}$

Resolviendo la ecuación obtenemos:

$U=4.032 \ V$

Como 4.032>4 el diodo está en conducción inversa y el circuito de la derecha es plenamente aplicable, (el Zener está regulando la tensión)

b) Calcular la potencia consumida por la resistencia de 60 Ohm.

$P_{60}=\dfrac{U^2}{60}=\dfrac{4.032^2}{60}=271 \ mW$

No lo piden, pero calcularemos las corrientes y potencias del circuito:

$I_{60}=\dfrac{4.032}{60}=67.2 \ mA$

$I=\dfrac{8-4.032}{40}=99.2 \ mA$

$I_d=\dfrac{4.032-4}1=32 \ mA$

$P_d=U \ I_d=129 \ mW$

La potencia que disipa la resistencia de 40 Ohm:

$P_{40}=40 I^2=393.6 \ mW$

La potencia total consumida por el circuito:

$P_c=P_{40}+P_d+P_{60}=794 \ mW$

La potencia entregada por la fuente de 8V al circuito:

$P=8\cdot I=794 \ mW$

Saludos.

PD. El estudiante de estos temas puede estar también interesado en consultar el hilo: Diodo Zener

[dmadrid]

Re: diodos

hola electron, muchas gracias por responder, este ejercicio me esta volviendo loco. Segun la respuesta oficial del examen la respuesta que dan por correcta es la B, 271 mW.

Yo no se si iba bien, pero Vd=Vab=8/40/((1/40)+(1/60))=4,8V en inversa
como -4,8<-4 V, conduce en inversa, pero aqui me quedo no consigo hallar la respuesta oficial.

Si luego P=V*I P=4.8*0,08=384 mW (no coincide con la respuesta oficial)

gracias y un saludo

[electr0n]

Re: diodos

Hola dmadrid, bienvenido de nuevo!

Este problema, si no me he equivocado, tiene trampa. El diodo Zener normalmente trabaja en polarización inversa, pero sólo empieza a conducir cuando la tensión baja por debajo de -4V.

La tensión en el diodo se puede expresar como $V_D=-4+1\cdot I_D=-4+I_D$. Si suponemos que el diodo está conduciendo y resolvemos el circuito por mallas, llegamos a que la potencia disipada es 168mW. Y si suponemos que no conduce porque la tensión no cae lo suficiente, la potencia disipada en la resistencia es justamente 384mW (respuesta A).

Saludos

[dmadrid]

hola en el ejercicio 12 del examen adjunto no se calcular la potencia, ¿como puedo interpretar la grafica?, creo que este diodo esta trabajando en inversa pero no consigo plantearlo bien. gracias y un saludo