Skip to content
RFrftools.io
General

Calculadora de Diodo Zener

Diseña circuitos reguladores de tensión con diodo Zener: calcula resistencia serie, corriente y potencia.

Loading calculator...

Fórmula

RS=(Vin−VZ)/(IL+IZmin),PZ=VZ×IZR_S = (V_in - V_Z) / (I_L + I_Zmin), P_Z = V_Z × I_Z
R_S— Resistor en serie (Ω)
V_in— Tensión de entrada (V)
V_Z— Tensión Zener (V)
I_L— Corriente de carga (A)
I_Zmin— Corriente zener mínima (A)
P_Z— Disipación de potencia Zener (W)

Cómo Funciona

La calculadora reguladora de diodos Zener calcula la resistencia en serie y la disipación de potencia para las referencias de voltaje en derivación, algo esencial para las referencias de voltaje de baja corriente, la protección contra sobretensiones y el diseño simple de la fuente de alimentación. Los diseñadores analógicos, los ingenieros de fuentes de alimentación y los aficionados utilizan los reguladores Zener para cargas inferiores a 100 mA, donde la eficiencia no es fundamental. Según Horowitz & Hill 'Art of Electronics' (3a ed., pág. 65), los diodos Zener mantienen un voltaje constante al funcionar en ruptura inversa: la ruptura por avalancha (<5 V) tiene un coeficiente de temperatura positivo (+2 mV/°C), la verdadera ruptura Zener (> 5 V) tiene un coeficiente de temperatura negativo (-2 mV/°C) y los diodos de 5,1 V tienen una temperatura cercana a cero, lo que los convierte en referencias ideales. La impedancia dinámica Zz = 1-50Ω determina la regulación de la carga; un Zz más bajo proporciona una mejor regulación. Potencias nominales estándar: 0,5 W (serie 1N4728), 1 W (serie 1N4749), 5 W (serie 1N5333).

Ejemplo Resuelto

Design a 5.1V reference from 12V supply for 20mA load using 1N4733A (5.1V, 1W, Zz = 7Ω). Minimum Zener current I_z(min) = 1mA for stable breakdown. Total current I_total = I_load + I_z = 20mA + 5mA (design margin) = 25mA. Series resistor: Rs = (Vin - Vz)/I_total = (12V - 5.1V)/25mA = 276Ω — select 270Ω (E24). Zener power: P_z = Vz × (I_total - I_load_min) = 5.1V × 25mA = 127.5mW at no load (worst case). With 270Ω and varying load 0-20mA: Vout varies by ΔV = Zz × ΔI_load = 7Ω × 20mA = 140mV (2.7% regulation). For tighter regulation, use TL431 (0.2% reference) or LM4040 (0.1% reference).

Consejos Prácticos

  • ✓Seleccione el voltaje Zener un 5% por debajo del voltaje requerido para tener en cuenta la tolerancia: el 1N4733A es de 5,1 V ± 5% (de 4,85 V a 5,35 V); utilice Zener de 5,0 V como referencia de 5 V
  • ✓Para referencias de precisión (± 0,1%), utilice referencias de intervalo de banda (TL431, LM4040) en lugar de Zener: logran una precisión inicial y de temperatura 10 veces mejor
  • ✓Agregue el condensador de salida 10-100μF para la regulación de la carga transitoria: la impedancia dinámica Zener limita la respuesta transitoria; el condensador suministra corriente instantánea

Errores Comunes

  • ✗Al operar el Zener con corriente por debajo de la rodilla: por debajo de I_z(min) (normalmente de 1 a 5 mA), la tensión del Zener cae y la regulación falla; mantenga siempre la corriente mínima incluso con la carga máxima
  • ✗Ignorando la reducción de potencia: el 1N4733A tiene una potencia nominal de 1 W a 25 °C, pero se reduce a 0 W a 150 °C; diseñado para un margen de potencia del 50% en espacios cerrados según las directrices de JEDEC
  • ✗Uso de Zener para cargas de alta corriente: eficiencia = Vz/Vin = 5,1 V/12 V = 42,5% en el mejor de los casos; para cargas superiores a 50 mA, utilice un regulador de conmutación (90% de eficiencia) o LDO

Preguntas Frecuentes

Limitado por la potencia nominal de Zener y la corriente mínima de Zener. Con Rs = 270Ω y una carga de 20 mA: Vin_max = Vz + Rs×(I_z_max + I_load) = 5.1V + 270Ω×(196mA + 20mA) = 63 V (limitado por una potencia nominal de 1 W) . Vin_min = Vz + Rs×(I_z_min + I_load) = 5.1V + 270Ω×(1mA + 20mA) = 10.8 V. Rango de operación: de 10,8 V a 63 V para este diseño.
No de manera eficiente: los reguladores Zener disipan P = (Vin-Vz) × I_total en forma de calor. A 100 mA, de 12 V a 5 V: P_loss = 6,9 V × 100 mA = 690 mW (57,5% de desperdicio). Para cargas superiores a 50 mA, utilice reguladores LDO (LM7805:1 A, 85% de eficiencia) o convertidores reductores (TPS563200:3 A, 92% de eficiencia).
La tensión Zener varía con la temperatura: < 5 V: +2 a +3 mV/°C (avalancha), > 6 V: -2 a -4 mV/°C (avería Zener), 5,1 V: temperatura cercana a cero (± 0,5 mV/°C). Un Zener de 12 V (1N4742A) tiene una deriva de -4 mV/°C, en un rango de más de 50 °C, y la tensión cambia 200 mV (1,7%). Las referencias con intervalo de banda (TL431) alcanzan 50 ppm/°C = 0,25% por encima de 50 °C.
La corriente Zener cae por debajo de I_z(min), y provoca el colapso de la tensión. Si I_load > (Vin - Vz) /Rs, las salidas del Zener se estropean por completo. Con entrada Rs = 270Ω, 12V: máx I_total = 25,6 mA, máx I_load = 20,6 mA (at I_z_min = 5 mA). Superar esto hace que Vout caiga de 5,1 V a 0 V a medida que disminuye la resistencia a la carga.
No: eficiencia en el peor de los casos = Vz/Vin (5,1 V/12 V = 42,5% para este ejemplo). Sin carga, toda la potencia se disipa en Rs y Zener. A plena carga, la eficiencia mejora ligeramente, pero se mantiene por debajo del 50% en las aplicaciones típicas de Vin >> Vz. Utilice reguladores de conmutación para diseños en los que la eficiencia es crítica; reserve los reguladores Zener como referencia y protección.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

Resistor Kit (1%, E24)

Precision 1% thin-film SMD resistor assortment, 0402 package

Amazon →

Ceramic Capacitor Kit

MLCC ceramic capacitor assortment in 0402 package

Amazon →

Solderless Breadboard

Full-size breadboard for circuit prototyping

Amazon →

Calculadoras relacionadas

Power

Divisor de Tensión

Calcula tensiones de salida, valores de resistencias y corriente de un divisor resistivo de tensión.

Power

Resistencia para LED

Calcula el valor de resistencia limitadora de corriente para LEDs en circuitos de corriente continua.

Power

Térmica LDO

Calcula la disipación de potencia y temperatura de unión de reguladores de tensión LDO.

General

Ley de Ohm

Calcula tensión, corriente, resistencia y potencia usando la Ley de Ohm y la Ley de Joule.