¿Cómo un diodo zener y una resistencia regulan el voltaje?

Tengo problemas para comprender el regulador de voltaje simple que se puede construir usando un diodo zener (de la sección 2.04 del Arte de la electrónica). Sé que sería mejor usar amplificadores, etc., pero solo estoy tratando de entender cómo funciona este circuito.

diagrama de la fuente de alimentación de diodo de resistencia usando diodo zener / avalanche

Realmente no entiendo cómo funciona el circuito, pero supongo que cuando se aplica una carga a la salida, drena la corriente de la fuente (Vin) y, por lo tanto, hace que el voltaje caiga. ¿Cómo ayuda el diodo zener a mantener el voltaje y así hacer que este circuito actúe como regulador?

voltage-regulator diodes zener

— Dr. Watson
fuente

Respuestas:

Mira la curva del diodo Zener. Verá que el dispositivo se descompone con el voltaje de Zener cuando se polariza inversamente, y conduce. Esa propiedad fijará el voltaje de salida en el voltaje de ruptura, en un rango de corrientes de salida, cuando se usa con una resistencia, con cambios de voltaje relativamente pequeños. También estabilizará la salida contra cambios en el voltaje de entrada.

Estrictamente hablando, los diodos Zener son dispositivos de bajo voltaje (hasta aproximadamente 5V6). Los de mayor voltaje tienen un modo de operación diferente y se denominan diodos de avalancha. Sin embargo, ambos tipos se conocen comúnmente como Zeners.

— Leon Heller
fuente

Gracias, por alguna razón, no vi que el diodo tuviera polarización inversa, mi error. Entonces, cuando V <Vz (descomposición), no hay regulación, pero cuando V == Vz (descomposición), ¿el diodo zener mantiene el voltaje de salida en Vz (descomposición)?

— Dr. Watson

Sí, similar a un diodo ideal con polarización directa con una fuente de voltaje Vz en el cátodo.

— tyblu

@Leon Heller No entendí la parte de "cambios de voltaje relativamente pequeños" ... ¿Debería aumentarse siempre el voltaje de entrada después de que se haya alcanzado la corriente para la ruptura de Zener?

— Caperilla hidratada

La falla de Zener es causada por voltaje, no corriente.

— Leon Heller

@LeonHeller Perdón por el error, así que tenemos que cambiar el voltaje con un valor pequeño después de que se haya alcanzado el voltaje de ruptura

— Hydrous Caperilla

$\Omega$ $V_{OUT}$ $I = \frac{10V - 5V}{100\Omega } = 50mA$ $\Omega$ $I_L = \frac{5V}{500\Omega} = 10mA$ $V_{OUT}$ $R_L$ $\Omega$ $R/R_L$ $V_{OUT}$ $V_{OUT}$

$\Omega$ $I = \frac{9V - 5V}{100\Omega } = 40mA$

Este tipo de regulación de voltaje es muy simple, pero no muy bueno. La regulación de línea es deficiente , lo que significa que el voltaje de salida todavía variará un poco cuando el voltaje de entrada aumente / disminuya. Lo mismo con la regulación de carga : el voltaje de salida variará con cargas variables. Y en comparación con la carga máxima, hay una pérdida bastante grande en el zener, por lo que no es muy eficiente . Un pequeño regulador integrado como un LM78Lxx es siempre una mejor opción.

— stevenvh
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Esperaría que un regulador Zener pueda ser ventajoso en casos en los que nunca hay mucha carga (por ejemplo, 250uA máx.) Y está bien si el voltaje de salida varía mucho, pero donde no se debe permitir que el voltaje de salida supere cierto nivel. Por ejemplo, un par de resistencias decentes de 100K en serie con voltaje de línea AC120 rectificado pasará una corriente promedio de poco más de un cuarto de miliamperios, pero no debería tener problemas para soportar 170 voltios (cada uno vería una potencia máxima muy por debajo de 0.1 vatios). Los reguladores 78Lxx no pueden soportar nada parecido a eso en sus entradas.

— supercat