Caso práctico: Probar un zener y medir su tensión Z

Contexto del caso

• Escenario: Caso práctico: Probar un zener y medir su tensión Z
• Objetivo: Verificar que el zener funciona y determinar su tensión Z bajo corriente controlada.
• Topología (resumen): Fuente DC → R1 en serie → Diodo zener a GND (polarizado en inversa).
• Mediciones (resumen): VZ directamente en el zener; VR1 en el resistor para inferir IZ por Ohm (IZ = VR1/R1).

Materiales

• 1× Fuente de alimentación DC regulable (9–15 V) o fija de 12 V
• 1× Diodo zener D1 (ej.: 5.1 V, 0.5 W)
• 1× Resistencia R1 (ej.: 1 kΩ, 1/4 W)
• 1× Multímetro digital (V DC)
• 1× Protoboard o pinzas/cables de prueba
• 2–4× Cables de conexión

Guía de conexionado

• Identifica el diodo zener D1: el cátodo suele estar marcado con una banda. Para polarizarlo en inversa, conecta su cátodo al nodo superior y su ánodo a GND.
• Conecta la fuente DC: terminal positivo a +V y negativo a GND.
• Inserta R1 (resistencia serie) entre +V y el nodo donde irá el cátodo del zener D1.
• Conecta D1: cátodo al nodo inferior de R1 (nodo de regulación), ánodo a GND.
• No conectes el multímetro en serie; lo usarás en modo voltímetro para medir:
• VZ: tensión del zener entre el nodo del cátodo (positivo del voltímetro) y GND (negativo).
• VR1: tensión en R1 entre +V (positivo) y el nodo del cátodo de D1 (negativo).
• Abreviaturas de medida usadas en el esquema:
• VZ: Tensión en bornes del zener (cátodo respecto a ánodo/GND). Se mide en VDC, puntas en “VZ+” y “VZ-”.
• VR1: Tensión en la resistencia serie. Se mide en VDC, puntas en “VR1+” y “VR1-”.
• IZ: Corriente del zener. No se mide directamente: IZ = VR1 / R1 (en amperios).

Esquemático

     Fuente DC (+9...15 V)
           +V
            │             • VR1+
           ┌┴┐
           │ │    R1 = 1 kΩ (serie)
           │ │
           └┬┘
            │             • VZ+ | VR1-
           ┌┴┐
           │ │    D1 = Zener 5.1 V (cátodo arriba)
           │ │
           └┬┘
            │             • VZ-
           GND

Mediciones y pruebas

• Comprobación previa (sin tensión):
  • Verifica polaridad del zener: cátodo (banda) hacia R1; ánodo a GND.
  • Revisa el valor de R1. Para una fuente de 12 V y zener de 5.1 V, R1 = 1 kΩ limita la corriente alrededor de (12−5.1)/1000 ≈ 6.9 mA, segura.
• Aplicar alimentación:
  • Enciende la fuente y ajusta +V a 9–12 V (si es regulable). Comprueba que no hay calentamiento excesivo.
• Medir VZ (tensión zener):
  • Pon el multímetro en VDC.
  • Coloca la punta roja en el punto “VZ+” (nodo entre R1 y D1) y la punta negra en “VZ-” (GND).
  • Lectura esperada: cercana a la tensión nominal del zener (p. ej., ~5.1 V). Una variación de ±5% puede ser normal según tolerancia y corriente.
• Medir VR1 e inferir IZ (corriente del zener):
  • Mantén el multímetro en VDC.
  • Punta roja en “VR1+” (+V) y punta negra en “VR1-” (nodo entre R1 y D1).
  • Anota VR1. Calcula IZ = VR1 / R1. Como R1 es la única serie, IZ ≈ IR1 (si no hay carga adicional).
• Variar +V y verificar regulación:
  • Cambia +V (p. ej., 9 V, 12 V, 15 V) y repite las medidas.
  • Observa que VZ se mantiene aproximadamente constante mientras IZ cambia. No excedas la corriente/potencia del zener.
• Comprobar potencia del zener:
  • Calcula PZ = VZ × IZ. Debe ser menor que la potencia nominal del zener (ej.: < 0.5 W).
• Criterios de funcionamiento:
  • Zener OK: VZ ≈ nominal, aumenta ligeramente con IZ, PZ dentro de límites.
  • Zener sospechoso: VZ muy baja (≈0.7 V) indica conducción directa (polaridad invertida) o zener dañado; VZ muy alta o sin medida indica circuito abierto o zener abierto.

Selección de R1 (orientativa)

• R1 ≈ (VFUENTE − VZ) / IZ_deseada.
• Ejemplo: VFUENTE = 12 V, VZ = 5.1 V, IZ = 5 mA → R1 ≈ (12−5.1)/0.005 ≈ 1.38 kΩ. Usa el comercial más cercano (1.5 kΩ). Con 1 kΩ, IZ≈6.9 mA.

Errores comunes

• Conectar el zener en directa (ánodo al nodo y cátodo a GND): leerás ~0.6–0.8 V en vez de VZ.
• R1 demasiado baja: exceso de IZ y sobrecalentamiento del zener.
• Medir corriente poniendo el multímetro en A en paralelo: cortocircuito. Para este caso, dedúcela con VR1/R1.
• Olvidar la referencia de masa: medir VZ sin conectar la punta negra a GND.

Seguridad

• Empieza con la fuente en el valor más bajo y sube progresivamente.
• Verifica potencia disipada: si el zener o R1 se calientan, apaga y revisa cálculos.
• No superes el voltaje máximo inverso del zener fuera de regulación (consultar datasheet).

Mejoras y variaciones

• Añade una carga RL desde el nodo del zener a GND y observa cómo VZ se mantiene hasta un IZ mínimo (regulación bajo carga).
• Repite con distintos zener (3.3 V, 4.7 V, 9.1 V) y compara curvas VZ vs IZ.
• Sustituye la fuente por un generador de 5 V USB y ajusta R1 para corrientes pequeñas (2–5 mA) si VZ < 5 V.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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