Resistencia
V = R · I
Una sola ecuación, siempre. Es lineal: el doble de tensión da el doble de corriente.
1 casoRegulador de tensión serie
Transistor NPN + diodo Zener · guía paso a paso
Primero entenderás qué hace cada componente y por qué el análisis de circuitos cambia cuando aparecen diodos, LED y transistores. Después resolverás cuatro ejercicios completos, sin saltarte ninguna operación.
4Ejercicios resueltos
5Preguntas de concepto
2Simuladores interactivos
1 Conoce el circuito
Un transistor NPN y un diodo Zener forman un regulador de tensión serie (también llamado seguidor de emisor con referencia Zener). El Zener fija la tensión de la base; el transistor copia esa tensión al emisor (restando 0,7 V) y entrega la corriente que pide la carga.
Z
Diodo Zener
Referencia de tensión. En polarización inversa y en ruptura, mantiene VZ casi constante.
R
Resistencia
Limita la corriente y alimenta al mismo tiempo al Zener y a la base del transistor.
Q
Transistor NPN
Seguidor de emisor: la base «mira» la tensión del Zener y el emisor la copia 0,7 V más abajo, entregando la corriente de la carga.
L
Carga RL
Lo que queremos alimentar con una tensión estable Vo.
Datos del circuito base: VCC = +12 V · R = 1 kΩ · VZ = 5,6 V · β = 50 · VBE = 0,7 V.
Con ellos, Vo ≈ 4,9 V.
2 ¿Por qué el análisis cambia con diodos, LED y transistores?
Quizás pienses: «¿no bastaba con plantear mallas, ramas y nodos como en los circuitos con resistencias?» La respuesta corta: las leyes no cambian, pero ya no conoces la ecuación de cada componente.
Lo que sigue valiendo siempre: la ley de tensiones (KVL: la suma de tensiones en una malla es cero)
y la ley de corrientes (KCL: lo que entra a un nodo es igual a lo que sale).
Son leyes de conservación y no dependen de qué componentes haya.
Lo que cambia: cómo se relacionan V e I en cada componente
Para armar el sistema de ecuaciones necesitas saber, de cada componente, qué relación hay entre su tensión y su corriente:
Diodo / LED
Conduce: V ≈ 0,7 V
No conduce: I = 0
No conduce: I = 0
Dos ecuaciones distintas. En un LED la caída depende del color (≈ 1,8 V a 3,6 V).
2 casosDiodo Zener
Directa: V ≈ 0,7 V
Inversa sin ruptura: I = 0
Ruptura: V = VZ
Inversa sin ruptura: I = 0
Ruptura: V = VZ
Tres comportamientos según la tensión que reciba.
3 casosTransistor BJT
Corte: IC = 0
Activa: IC = β · IB
Saturación: VCE ≈ 0,2 V
Activa: IC = β · IB
Saturación: VCE ≈ 0,2 V
Tres zonas, y en la activa una corriente controla a otra.
3 zonasCada componente se comporta como un circuito distinto según la zona en que esté trabajando, y esa zona depende de las tensiones y corrientes del propio circuito, que es justo lo que queremos calcular. Además, la relación real V–I de un diodo no es una recta sino una curva exponencial: es no lineal.
Probemos a la antigua y veamos dónde se traba
Plantea la ley de corrientes en el nodo de la base de nuestro regulador:
(VCC − VB) / R = IZ + IB
- Si en lugar del Zener hubiera una resistencia R2, escribirías IZ = VB / R2 y todo sería una ecuación con una sola incógnita, VB.
- Con el Zener no existe una fórmula IZ = f(VB): mientras conduce en ruptura, VB vale 5,6 V para cualquier corriente; y si no conduce, IZ = 0. No hay una única ecuación válida.
- Con IB pasa algo parecido: depende de la tensión de salida y de si el transistor está en corte, activa o saturación.
Resultado: una ecuación con demasiadas incógnitas. Hay que decidir primero en qué estado está cada componente.
El método de 4 pasos
- Suponerel estado de cada componente (diodo ON u OFF, Zener en ruptura o no, transistor en corte, activa o saturación).
- Reemplazarcada componente por su modelo simple: una fuente de tensión, un circuito abierto o una fuente controlada.
- Resolverel circuito equivalente. Aquí sí sirven mallas, nodos, Ohm y Kirchhoff, porque ahora solo hay fuentes y resistencias.
- Verificarque el resultado sea coherente con lo supuesto. Si no lo es (por ejemplo, una corriente negativa en el Zener), cambia la suposición y repite.
| Componente | Estado supuesto | Modelo equivalente |
|---|---|---|
| Diodo Zener | En ruptura | Fuente de 5,6 V entre la base y tierra |
| Unión base–emisor | Conduciendo | Caída fija de 0,7 V |
| Colector–emisor | Zona activa | Fuente de corriente controlada: IC = β · IB |
Míralo en acción: ¿qué pasa si sube la fuente?
Compara dos circuitos que entregan 4,9 V cuando VCC = 12 V: un divisor de tensión con solo resistencias y el regulador con Zener. Mueve la fuente.
El divisor es lineal: si la fuente sube 25 %, la salida sube 25 %, y por eso se puede usar superposición o el equivalente de Thévenin. El regulador no es lineal: la salida «se aplana» y no es proporcional a la entrada. Eso es precisamente lo que buscamos de un regulador, y es lo que hace que ya no valga plantear un único sistema de ecuaciones de una vez.
¿Y si me equivoco en la suposición?
Supón que la fuente es de solo 4 V (con el resto igual) y asumes que el Zener está en ruptura:
IR = (VCC − VZ) / R = (4 − 5,6) V / 1000 Ω = −1,6 mA
Una corriente negativa significaría que el Zener entrega corriente hacia la fuente, lo cual es imposible. La suposición era incorrecta: con 4 V el Zener nunca llega a ruptura. Se cambia a «Zener sin conducir» y se recalcula: la base queda casi a 4 V y la salida en ≈ 3,3 V, sin regular.
Por eso el paso 4 (verificar) no es opcional: es lo que te dice si tu suposición era la correcta.
3 Las fórmulas del regulador y de dónde salen
No las memorices: cada una viene de una idea del circuito. Todas suponen Zener en ruptura y transistor en activa.
VB = VZ
El Zener en ruptura fija la base.
Vo = VZ − VBE
El emisor queda 0,7 V bajo la base.
IR = (VCC − VZ) / R
Ohm en R. Es fija: no depende de la carga.
IL = IE = Vo / RL
Ohm en la carga; sale toda del emisor.
IB = IE / (β + 1)
Viene de IE = IC + IB = β·IB + IB.
IZ = IR − IB
KCL en el nodo de la base.
VCE = VCC − Vo
Colector en VCC, emisor en Vo.
PD ≈ VCE · IE
Calor en el transistor (IC ≈ IE).
Dos condiciones de buen funcionamiento: IZ ≥ IZ(min) (el Zener sigue regulando) y PD ≤ PD(máx) (el transistor no se sobrecalienta).
4 Preguntas de concepto
Intenta responder cada una antes de abrirla. Recordar activamente sirve más que leer la respuesta de inmediato.
5 Ejercicios resueltos paso a paso
Cada parte se resuelve un paso a la vez: primero intenta hacerlo tú, luego pulsa «Siguiente paso» y compara. Todos los ejercicios siguen el método de 4 pasos: suponer, modelar, resolver y verificar.
6 Laboratorio: prueba tus propios valores
Cambia los datos y mira qué pasa. El laboratorio aplica el mismo método y te avisa si el circuito pierde la regulación o si el transistor se sobrecalienta.
Modelo: VBE = 0,7 V fijo; PD ≈ VCE · IE. Si el Zener no llega a ruptura se resuelve el circuito con el Zener sin conducir.