Diodo Zener como regulador de voltaje

He estado tratando de hacer un regulador de voltaje usando un diodo zener.

Usé el diodo Zener BZX79 3.3V. Conecté el diodo de la siguiente manera:

Esquemático

Hoja de datos . Asumí que, como la mayoría de ellos, opera alrededor de 1 mA a 10 mA de manera segura en la región de ruptura.

Conecté mi suministro que era de 5V. Se eligió que la resistencia fuera de 220 ohmios. Esto hará que la corriente máxima del zener sea de alrededor de 7 mA. Que debería ser seguro.

Ahora, cuando se descargó el zener, obtuve una salida suave de 3.3V.

Pero, cuando cargué el diodo zener, el voltaje a través del diodo cayó a 2.4V.

¿Por qué sucedió eso?

Mi suposición es la siguiente:

La carga que debería funcionar a 3,3 V consume demasiada corriente que la corriente zener está por debajo de la corriente mínima. Esto hizo que el zener saliera de la región de descomposición.

¿Es correcta mi deducción? Y cuáles son las soluciones disponibles, teniendo en cuenta que probablemente he usado la resistencia más pequeña posible, que es de 220 ohmios. (Al menos de lo que tengo).

También tengo una fuente de 8.4V. ¿Funcionará si lo conecto directamente a la red? Al final tendré más corriente disponible para el zener incluso después de cargarlo.

Editar:

La hoja de datos indica que el zener está bien para 6 amperios. Ese es un número enorme y extraño, ¿no?

Extracto de la hoja de datos

Debe usar un regulador lineal para bajar los 5V a 3.3 y tirar el zener a la basura. En mi opinión. Los zeners de 3,3 V (cualquier cosa por debajo de 5 V) tienen una 'rodilla' muy suave y prácticamente no valen nada.
El problema de que estos reguladores no están disponibles en mi país y no tengo tiempo para pedir uno. lástima, estoy atascado con el zener.
Podría hacer uno crudo con un par de diodos, un LED azul o verde, un NPN BJT y un par de resistencias. O use un TL431 (debe estar disponible en cualquier lugar; saque uno de una fuente de alimentación de PC sin valor) y un par de resistencias en lugar del Zener.
¿Qué quieres alimentar desde ese circuito?
Módulo RF que saqué de un viejo juego. Dicho esto, no tengo ni idea sobre el módulo, excepto que funciona en 3.3v. @kamil

Respuestas (4)

Conecté mi suministro que era de 5v. Se eligió que la resistencia fuera de 220 ohmios. Esto hará que la corriente máxima del zenor sea de alrededor de 7 mA.

Esto significa que si su carga requiere más de 7 mA (en realidad calculo 7,7 mA, no 7 mA), la resistencia caerá por debajo de 3,3 V. En ese caso, el zener ya no estará regulando.

Pero, cuando cargué el diodo zener, el voltaje a través del diodo cayó a 2.4v.

¿Por qué sucedió eso?

Su carga estaba tomando más de 7,7 mA.

Dado que el voltaje de salida cayó a 2,4, podemos calcular que la corriente de carga fue (5-2,4)/220 = 11,8 mA.

Podría hacer que esto funcione reduciendo su resistencia en serie. Si la carga es bastante rígida, reducir la resistencia a 110 ohmios más o menos debería devolverle la regulación. Esto supone que la corriente de carga no aumenta a más de 15 mA cuando la tensión de alimentación aumenta a 3,3 V.

Si es posible tener una condición de circuito abierto en la carga, debe elegir un zener que pueda tomar toda la corriente que normalmente iría a la carga.

Si usé un suministro de 8.4 v. Eso me proporcionará una corriente máxima de 23,18 mAp para 2200 ohmios. La carga consume 11,8 mA que me van a dejar 11,3 mA para el zener. ¿Estará bien?
Por lo general, es más barato cambiar una resistencia que cambiar el voltaje de suministro. Pero depende de ti.
Probaré a conectar dos de 220 ohmios en paralelo a ver que pasa. Gracias.
Acepté esto como respuesta porque reemplacé los 220 ohmios con 51 ohmios, proporcionando al circuito una corriente máxima de 30 mA en lugar de 7 mA. ¡Está funcionando como un encanto ahora! ¡Gracias!

Al diseñar un circuito regulador Zener simple como este, hay dos criterios importantes: (1) la corriente de carga máxima y (2) la corriente de carga mínima .

Por KCL, la corriente de diodo mínima ocurre en el caso (1) mientras que la corriente de diodo máxima ocurre en el caso (2). La ecuación KCL es:

I D = I R − I L = V − V Z R − I L

Claramente, uno debe escoger R lo suficientemente pequeño como para que la corriente mínima del diodo sea igual o superior a la corriente de mantenimiento del zener.

Además, se debe elegir R lo suficientemente grande como para que la corriente máxima del diodo no provoque una disipación excesiva de potencia del diodo.

Ahora , con los valores seleccionados, el límite superior de la corriente de carga es

I L , tu B = 5 V − 3.3 V 220 Ω = 7.72 metro A

Este es un límite superior porque (a) el voltaje de salida debe ser inferior a 3,3 V para cualquier corriente de carga mayor y (b) la corriente del diodo es cero para esta corriente de carga.

Dado que debe haber algo de corriente de diodo para que el diodo tenga 3,3 V de ancho, la corriente de carga máxima real debe ser menor que esto.

Por lo tanto, si su carga requiere más corriente que esta, debe disminuir R o aumentar el voltaje de la fuente .

No, con mucha carga, puedes ignorar tu zener. Entonces solo tiene un divisor de voltaje entre su resistencia de 220 ohmios y su carga.

Un zener se puede usar con éxito como referencia de voltaje, pero si desea que regule el voltaje para alimentar una carga, necesita una carga muy liviana. En su lugar, use un voltaje zener para establecer el nivel de voltaje de un amplificador de drenaje común para obtener una corriente amplia mientras aún regula el voltaje.

Los 6 amperios solo se deben realizar durante períodos de tiempo muy cortos, 100 microsegundos para ser exactos. Y solo si la temperatura ambiente es de 25 grados C. Eso quiere decir que por períodos muy cortos de tiempo, puedes pulsarlo con 6 amperios de corriente sin freírlo. Esta cantidad no es útil para su aplicación porque desea una corriente constante que realmente no menciona de lo que ha mostrado.

El circuito del que hablo se parecería bastante a esto, excepto que el BJT sería reemplazado por un mosfet (aunque un BJT también funcionaría). http://i.stack.imgur.com/qlBYs.png , aquí, si se usa BJT, la salida será 3v3 - vbe, ~ 0.6v. Además, en lugar de 10K, use 330 ohmios para una corriente de mantenimiento zener de 5 mA.

Una mejor solución es un regulador lineal. Son baratos y están destinados exactamente a lo que buscas.

Entonces, con cargas altas, ¿mi zener ya no regula la salida?
Precisamente. El divisor de voltaje reduce el voltaje por debajo del voltaje zener y el diodo no conduce en ninguna dirección. Parece un circuito abierto cuando el voltaje cae por debajo de ese nivel zener.
¿Cuál es la solución entonces? ¿Significa eso que no puedo usar este zener como regulador de la carga? Aunque estoy usando un transceptor de RF simple. ¡No debería llevar tanta carga!
Dudo que un transceptor de RF esté funcionando con menos de 10 mA. Si el voltaje cae a 2,4 V, sabrá que al menos quiere (5-2,4)/220 = 11,8 mA. Una solución, como dije, es usar un amplificador de drenaje común (1 mosfet) junto con su generador de voltaje zener.
¿Me podría proporcionar un esquema de la conexión?
Se agregó un enlace a uno.
¡No se menciona en la hoja de datos hasta donde veo la corriente máxima para que el zener funcione de manera segura en la región de ruptura! Tengo un suministro de 8.4v junto con el de 5v. Si lo usé para alimentar el zener, tendré una corriente máxima de 23mAp. La carga consume alrededor de 11,8 mA. ¿Crees que funcionará en este caso?
Intentaré hacer la conexión como se mencionó. Una vez que funcione, aceptaré esto como una respuesta. ¿Tengo que mantener el 10Kohms R1? ¡No tengo suficiente tiempo para pedir un regulador ya que no está disponible aquí! :/
Sí, necesitará algún tipo de resistencia de alto valor allí para asegurarse de tener suficiente corriente para crear la caída de voltaje en el zener y para alimentar/polarizar el mosfet o bjt.

Debe elegir la resistencia para que la corriente de carga más algo de corriente para el diodo zener aún deje 3,3 voltios en el diodo zener.

La serie BZX79 de zeners tiene una potencia máxima de disipación de 500 mW, por lo que su diodo de 3,3 voltios debe manejar con seguridad hasta 150 mA.

Si su corriente de carga máxima es de 20 mA y desea permitir un mínimo de 10 mA en el zener, la resistencia debe ser de aproximadamente (5 V - 3,3 V)/(20 mA + 10 mA) = 56 ohmios. Incluso si desconecta la carga, el zener solo tendrá que transportar 30 mA, lo cual está dentro de sus capacidades.

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