Solución:
Supongamos que su voltaje de entrada es de 10 V, el zener es del tipo 5 V y la resistencia es de 100 $ Omega $. El zener establecerá $ V_ {OUT} $ en 5V, de modo que la corriente a través del resistor será $ I = frac {10V – 5V} {100 Omega} = 50mA $. Cuando pones una carga en la salida, digamos 500 $ Omega $, el zener aún mantendrá la salida a 5 V, por lo que R aún tendrá 50 mA a través de él, pero parte de esa corriente pasará por la carga: $ I_L = frac {5V} {500 Omega} = 10mA $, por lo que solo hay 40mA a través del zener. Para resistencias de carga más bajas, la corriente a través de la carga aumentará, quitando la corriente del diodo Zener, hasta que le quede muy poca corriente para regular $ V_ {OUT} $ correctamente. Los 50 mA del ejemplo no se eligieron al azar; a menudo es la corriente a la que se especifica el voltaje zener (especialmente para zeners más antiguos). Los zeners más modernos pueden trabajar con corrientes muy por debajo de 1 mA. Si $ R_L $ es menor que 100 $ Omega $, el divisor de resistencia $ R / R_L $ tirará $ V_ {OUT} $ por debajo del voltaje zener, el zener ya no funcionará y $ V_ {OUT} $ caerá por debajo de 5V.
Hasta ahora para Regulación de carga.
Regulación de línea indica cómo reacciona un regulador a las variaciones en el voltaje de entrada. Tomemos nuestro ejemplo con la carga de 500 $ Omega $ y reduzcamos el voltaje de entrada a 9V. El zener mantiene el voltaje de salida en 5 V, por lo que la corriente a través de la carga permanece en 10 mA, pero la corriente a través de R será $ I = frac {9V – 5V} {100 Omega} = 40mA $, y por lo tanto, la corriente a través del zener es de 30 mA. Una vez más, el voltaje de entrada puede disminuir hasta el punto en que al Zener le queda muy poca corriente para funcionar correctamente. El límite superior del voltaje de entrada está determinado por la corriente máxima permitida a través de Zener y R.
Este tipo de regulación de voltaje es muy simple, pero no muy buena. La regulación de la línea es deficiente, lo que significa que la tensión de salida seguirá variando un poco cuando la tensión de entrada aumente o disminuya. Lo mismo con Regulación de carga: el voltaje de salida variará con las cargas variables. Y en comparación con la carga máxima, hay una pérdida bastante grande en el zener, por lo que es no muy eficiente. Un pequeño regulador integrado como un LM78Lxx es siempre una mejor opción.
Mira la curva del diodo Zener. Verá que el dispositivo se descompone en el voltaje Zener cuando se polariza en reversa 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 funcionamiento diferente y se denominan diodos de avalancha. Sin embargo, ambos tipos se conocen comúnmente como Zeners.