Para un circuito regulador de voltaje de diodo Zener: ¿Por qué no puede colocar la resistencia después del diodo Zener?

Esta publicación anterior es lo más parecido a una respuesta que pude encontrar, pero no entiendo muy bien por qué la carga aún verá el voltaje completo de la fuente y no el voltaje zener. El colaborador que respondió afirmó que dado que la combinación de zener y resistencia en serie está en paralelo con la carga, la carga aún verá el voltaje completo de la fuente. Lo que me cuesta entender es cómo la ubicación de la resistencia afecta el voltaje visto por la carga. gracias de antemano

EDITAR: Aquí está el circuito en cuestión (de la publicación a la que me vinculé)ingrese la descripción de la imagen aquí

EDICIÓN 2: De acuerdo, poco a poco me estoy dando cuenta de mis fallas al hacer una pregunta sin proporcionar tantos detalles específicos como sea posible. Aquí va:

Lo que estoy tratando de hacer: tengo una dinamo de buje de bicicleta que produce un voltaje de CA monofásico que puede alcanzar un pico de hasta 60 V (120 V pico a pico) a una velocidad de aproximadamente 55 mph.

Estoy tratando de rectificar y regular el voltaje a 5V para poder cargar un teléfono celular. En su mayor parte, tengo la regulación de 5V hacia abajo (estoy usando un convertidor reductor de CC-CC (LM2596 de TI).

El problema que estoy tratando de resolver es durante la etapa de rectificación. Estoy usando un puente rectificador y un condensador de suavizado para rectificar y suavizar el voltaje que sale de la dínamo. Sin embargo, el condensador de suavizado que tengo solo tiene una potencia nominal de 35 V, por lo que en esas salidas más altas de la dínamo (es decir, por encima del pico de 35 V), supongo que volaría el condensador de suavizado sin un regulador de voltaje zener.

Aquí hay una imagen más precisa de mi configuración (simulé la dinamo usando un transformador en la entrada):

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, en la imagen, he colocado la resistencia en serie correctamente. Mi pregunta original es: ¿por qué no puedo poner la resistencia en serie después del diodo zener?

EDIT 3: Para completar, aquí está la simulación del esquema incorrecto. El zener tiene una ruptura de 15 V, pero la salida aún ve los ~ 30 V rectificados de la fuente:ingrese la descripción de la imagen aquí

Deberías usar el otro esquema en la respuesta.
El problema con la pregunta vinculada es que la respuesta aceptada no incluía un esquema correcto completo, por lo que solo tiene un esquema correcto incompleto o uno incorrecto completo. Creo que iré a editar esa respuesta ...
@crossroad el otro esquema no muestra el LED o su resistencia de caída.
Disculpas: edité la publicación para incluir la imagen a la que me refería (como por qué este circuito no regula el voltaje hasta el voltaje zener). No revisé la imagen para asegurarme de que el voltaje de la fuente sea más alto que el voltaje del zener, lo que más me interesa es la configuración y por qué, en cualquier caso, no funcionará.
@Theodore Según tengo entendido, el cartel aquí no está interesado específicamente en los LED. Creo que una carga genérica sería suficiente.
Eliminé mi comentario anterior ya que su pregunta está mejorando, por fin. ¿Está tratando de entender cómo un zener puede regular un voltaje a una carga? ¿O está tratando de comprender formas de regular una corriente a través de un LED, independientemente del voltaje de la fuente aplicada? ¿O algo mas?
@jonk He actualizado mi publicación original para incluir más detalles. Para responder a su pregunta, estoy tratando de entender cómo un zener puede regular el voltaje de una carga. Mis disculpas nuevamente y gracias por sus comentarios.
Punto clave: la relación IV de una resistencia es lineal, mientras que la de un diodo Zener es muy no lineal. Por encima del voltaje de ruptura de Zener, el voltaje del diodo es solo una función débil de la corriente. La baja sensibilidad del voltaje a la corriente (pequeño dV/dI) es la esencia de la regulación de carga. Con una resistencia en serie con el diodo (segunda imagen), el voltaje de la resistencia varía linealmente con la corriente y se pierde la propiedad de regulación. En la primera imagen, cuando la salida del rectificador varía, el voltaje de la resistencia variará ampliamente mientras que el voltaje del diodo es casi constante, proporcionando la propiedad deseada en la salida.
@blackmcgraw Está bien. Creo entender. Y definitivamente puedo recordar cuando yo mismo estaba tratando de entenderlos por primera vez. (Hace mucho tiempo.) Eso puede ser bueno, ya que creo que puedo explicarlo de una manera que podría haber querido, entonces. O puedo intentarlo. Sin embargo, pueden pasar algunas horas antes de que pueda llegar a él. (Y necesito leer las otras respuestas para asegurarme de que lo que tengo que decir también sea lo suficientemente diferente).

Respuestas (5)

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Figura 1. (a) o (b) dará como resultado la regulación Zener. (c) no lo hace porque la carga está conectada directamente al puente rectificador.

En la disposición de 1c R3 y D3 solo aplique una carga a través del suministro rectificado. Tendrá V ZD en el Zener y el resto del voltaje de suministro caerá en R3.

Los alternadores de bicicletas (técnicamente no son dínamos que son máquinas de corriente continua) tienen una alta inductancia. La impedancia de un inductor está dada por Z = 2 π F L dónde F es la frecuencia y L la inductancia Eso significa que la impedancia está en serie con la carga y es baja a baja velocidad y aumenta con la velocidad. La mayoría de los fabricantes diseñan el dispositivo de modo que la impedancia junto con la carga prevista tiende a dar como resultado un voltaje de salida más constante en una amplia gama de velocidades. Los viejos sistemas de bombillas parpadeaban a muy baja velocidad, pero a una velocidad moderada iluminaban bien pero no se quemaban en la carrera cuesta abajo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Figura 1. Hay muy buena información sobre la electrónica de bicicletas con muchos circuitos y curvas de rendimiento.

Le recomiendo que descubra cómo medir la inductancia de su alternador y agregarla a su simulador. Simplemente colóquelo en serie con una fuente de señal sinusoidal.

Enlaces:

Gracias por la completa respuesta. ¡Esto ayudó un montón!
@blackmcgraw, he agregado cuatro enlaces más. No olvide votar las respuestas útiles y aceptar una que responda a su pregunta.

La carga se coloca en paralelo con la fuente, por lo que habrá exactamente el voltaje de la fuente en la carga. El voltaje zener, cualquiera que sea, está solo sobre el zener. La carga vería el voltaje zener solo si la carga estuviera por encima del zener.

Muchas gracias por tu aporte. ¡Esta es una forma de sentido común en la que lo explicaste y no sé por qué luché tanto con el concepto!

Si conecta el zener directamente a través del puente rectificador, tendrá que disipar todo el exceso de energía para cargar la dínamo hasta el voltaje del zener. Con una resistencia en serie, la resistencia disipará parte de la energía. Las resistencias de potencia relativamente alta son baratas, fácilmente disponibles y confiables. La resistencia también suaviza el encendido del zener, lo que puede tener beneficios de EMC. Si se coloca una resistencia después del zener, no sirve para nada.

Gracias por su respuesta. Supongo que me está costando entender por qué colocar la resistencia después del zener no disipa también parte del exceso de energía. Una vez que el zener "se enciende", la corriente fluye a través de la resistencia, ¿verdad?
@blackmcgraw Cuando dice 'después', quiere decir entre el zener y el riel negativo o entre el zener y el capacitor (y por lo tanto la carga). En el primer caso, la carga verá el voltaje zener más el voltaje a través de la resistencia, que probablemente no sea lo que desea. En este último caso, la carga verá el voltaje zener menos la caída de voltaje en la resistencia, que dependerá de la resistencia y la corriente de carga.
Me refiero al caso anterior. Esta explicación me ayudó a aclarar las cosas muchas gracias!

Mirando el primer esquema en la publicación vinculada, la razón es que la resistencia es lo que realmente reduce el voltaje. El diodo zener conduce corriente cuando el voltaje es lo suficientemente alto, es esta corriente la que causa una caída de voltaje en la resistencia, limitando efectivamente el voltaje visto por la carga.

El esquema que incluye actualmente en su pregunta es básicamente incorrecto.

¡Gracias por la aportación! Muy apreciado

En su simulación, reemplace V2 con una fuente de corriente alterna (para representar el imán permanente giratorio).

Reduzca la K de su transformador a 0,95 o menos para representar la brecha en el generador.

Después de eso, sus simulaciones deberían dar resultados más realistas.

mida también la corriente de cortocircuito de su generador, que debería ser bastante constante.

luego simplemente compre suficientes LED (o resistencias) para usar la corriente disponible y llámelo listo.

Para un circuito regulador de voltaje de diodo Zener: ¿Por qué no puede colocar la resistencia después del diodo Zener?
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