Diodo zener y amplificador operacional

• ¿Cómo funciona el diodo Zener polarizado en directo y en inverso?

Un diodo es un elemento semiconductor que puede estar polarizado de manera directa o inversa. Un diodo conectado de manera directa se comporta como una resistencia pequeña y un diodo conectado de manera inversa es equivalente a una gran resistencia. En el caso del diodo Zener, trabaja de manera exclusiva en la zona de característica inversa, y en especial, en la zona del punto de ruptura de su característica inversa. Si un diodo Zener es polarizado directamente, este actuará como un diodo normal, es por eso que no se utiliza en dicho estado. El funcionamiento del Zener siempre será en polarización inversa. Cuando está conectado inversamente el diodo Zener mantiene la tensión constante en sus bornas a un valor denominado “Tensión de Zener”, pudiendo variar la corriente que lo atraviesa, en un rango de valores entre el valor mínimo de funcionamiento y el correspondiente a la potencia de Zener máxima que puede disipar [1].

• ¿Cuál porcentaje de tolerancia le otorgaría a cada uno de los diodos Zener trabajados?

Cuando se habla de tolerancia, es un valor que depende del proceso de fabricación del diodo. La tolerancia se refiere a la posibilidad de error que pueda existir en el valor de la tensión nominal. Para calcular el valor de la tolerancia, se usa la fórmula

Así, para el diodo 1N4738A la tolerancia es de $3%$ aproximadamente, para el diodo 1N4733A la tolerancia es de $2%$ aproximadamente.

• ¿Qué limitaciones puede presentar en los amplificadores la tensión de polarización y a que se deben?

Una de las limitaciones del amplificador operacional para que funcione correctamente, es que el voltaje de las entradas debe estar en un rango específico, usualmente es menor que el voltaje de la fuente de alimentación. Si se exceden estos rangos, los amplificadores operacionales están expuestos a cambios bruscos de ganancia y el comportamiento empieza a ser anormal [2].  Además el amplificador operacional tiene un circuito de protección que limita la corriente a un valor máximo, llamado corriente de corto circuito; Si la corriente de  salida que el amplificador operacional alcanza o sobrepasa este valor, el voltaje de salida deja de aumentar y limita la corriente al valor de este parámetro [3].

• ¿Qué sucede al emplear polarización unipolar en los amplificadores operacionales?

Para amplificar una señal alterna se necesita una fuente dual, es decir un voltaje positivo y un voltaje negativo. La señal saldrá recortada si hace falta alguno de estos voltajes. Para que un amplificador operacional amplifique una señal alterna sin ningún tipo de error haciendo uso de una fuente sencilla, usa una red de resistencias y condensadores, similar a la utilizada con los amplificadores con transistores. El amplificador operacional inversor y el no inversor, pueden amplificar la señal con una fuente única [4]. También se puede dividir una fuente en dos y crear un punto artificial de referencia, por medio de un divisor de tensión con resistencias o utilizando diodos Zener [5].

• ¿En qué consiste el principio de corto circuito virtual para amplificadores operacionales y qué importancia tiene en el funcionamiento de las configuraciones estudiadas en la práctica?

Para que en una configuración  dada el valor de Vo se mantenga estable, el amplificador ajustará la corriente de salida para que el voltaje de salida se mantenga estable, para lo cual requiere que haya una realimentación de la señal de salida en la entrada y requiere que V+~V- sea muy pequeño, para lo cual al circuito hace que el voltaje en los terminales V+~V- sea igual. Como el voltaje en ambos terminales es igual se dice que están en corto circuito virtual [6]. El  concepto de cortocircuito virtual se manifiesta cuando el amplificador operacional es realimentado negativamente. El potencial entre dos puntos es el mismo, pero la corriente entre ellos es cero, así se plantean dos reglas básicas para el análisis de circuitos con amplificador operacional ideal: La corriente de entrada al terminal V- y al terminal V+ es cero y la diferencia de potencial entre el terminal V+ y V- es cero [7].

...