Como um diodo zener e um resistor regulam a tensão?

Estou tendo problemas para entender o regulador de tensão simples que pode ser construído usando um diodo zener (da seção 2.04 na Arte da eletrônica). Eu sei que seria melhor usar amplificadores, etc., mas estou apenas tentando entender como esse circuito funciona.

diagrama da fonte de alimentação do resistor-diodo usando o diodo zener / avalanche

Eu realmente não entendo como o circuito funciona, mas acho que quando uma carga é aplicada à saída, ela drena a corrente da fonte (Vin) e, assim, faz com que a tensão caia? Como o diodo zener ajuda a manter a tensão e, assim, faz com que esse circuito atue como um regulador?

voltage-regulator diodes zener

— Dr. Watson
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Respostas:

Veja a curva do diodo Zener. Você verá que o dispositivo quebra na tensão Zener quando polarizada reversa e conduz. Essa propriedade fixará a tensão de saída na tensão de ruptura, em uma faixa de correntes de saída, quando usada com um resistor, com mudanças de tensão relativamente pequenas. Também estabilizará a saída contra alterações na tensão de entrada.

A rigor, os diodos Zener são dispositivos de baixa tensão (até cerca de 5V6). Os de alta voltagem têm um modo diferente de operação e são chamados de diodos de avalanche. Ambos os tipos são comumente referidos como Zeners, no entanto.

— Leon Heller
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Obrigado, por algum motivo, eu não via o diodo com polarização reversa, meu erro. Então, quando V <Vz (avaria), não há regulação, mas quando V == Vz (avaria), o diodo zener mantém a tensão de saída em Vz (avaria)?

— Watson

Sim, semelhante a um diodo ideal de polarização direta com fonte de tensão Vz no cátodo.

— tyblu 21/01

@Leon Heller Eu não entendi a parte "mudanças de tensão relativamente pequenas" ...... a tensão de entrada sempre deve ser aumentada depois que a corrente de quebra do zener for atingida?

— Hydrous Caperilla

A quebra do Zener é causada por tensão, não por corrente.

— 21718 Leon Heller

@LeonHeller Desculpe o erro assim que temos que mudar a tensão com pequeno valor após tensão de ruptura tem sido reache

— hidratado Caperilla

Vamos supor que sua tensão de entrada é 10V, o zener é do tipo 5V e o resistor é 100 . O zener ajustará para 5V, de modo que a corrente através do resistor será $\Omega$ $V_{OUT}$ $I = \frac{10V - 5V}{100\Omega } = 50mA$ $\Omega$ $I_L = \frac{5V}{500\Omega} = 10mA$ $V_{OUT}$ $R_L$ $\Omega$ $R/R_L$ $V_{OUT}$ $V_{OUT}$

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

Este tipo de regulação de tensão é muito simples, mas não muito bom. A regulação da linha é baixa , o que significa que a tensão de saída ainda varia um pouco quando a tensão de entrada aumenta / diminui. O mesmo acontece com a regulação de carga : a tensão de saída varia de acordo com a carga. E comparado à carga máxima, há uma perda bastante grande no zener, por isso não é muito eficiente . Um pequeno regulador integrado como um LM78Lxx é sempre uma escolha melhor.

— stevenvh
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Eu esperaria que um regulador Zener possa ser vantajoso nos casos em que nunca há muita carga (por exemplo, 250uA máx) e tudo bem se a tensão de saída variar muito, mas onde a tensão de saída não deve ultrapassar um determinado nível. Por exemplo, alguns resistores decentes de 100K em série com tensão de linha AC120 retificada passarão uma corrente média de pouco mais de um quarto de miliampere, mas não deverão ter problemas para suportar 170 volts (cada um veria um pico de potência bem abaixo de 0,1 watts). Os reguladores 78Lxx não podem suportar nada próximo disso em suas entradas.

— Supercat 19/11