Los diodos zener son la forma más barata de tener una referencia de voltaje fija en un circuito. El problema es justamente eso: son fijos. Si necesitas 3.3V y solo tienes a mano un zener de 2.7V, te quedaste pegado. En este tutorial vas a aprender a construir tu propio zener variable usando solo componentes discretos que ya tienes en el cajón: dos transistores, dos resistencias y un trimpot. Al terminar vas a poder fijar cualquier tensión dentro de un rango girando un tornillo, y vas a entender por qué funciona.
La idea está inspirada en un proyecto de T.K. Hareendran publicado en Codrey Electronics. Existe el chip TL431, que es una referencia de precisión programable y resuelve esto de fábrica, pero armarlo con transistores es un ejercicio entretenido que además te enseña electrónica análoga de verdad.
Primero, el zener clásico como regulador
Antes de hacerlo ajustable conviene recordar cómo trabaja un zener común de regulador shunt. Es el uso más típico del componente: sirve para regulación local de voltaje en cargas de menos de 200 mW.
El truco está en la resistencia en serie entre el riel positivo de alimentación y el zener: esa resistencia limita la corriente que llega tanto al zener como a la carga. Para dimensionar el circuito conviene tener tres ideas claras:
- Elige el zener según la salida que necesitas: el voltaje zener es la salida (Vz = Vout).
- Define la corriente máxima de salida (Iout_max). El zener tiene que poder absorber la totalidad de esa corriente cuando la carga pide menos.
- La entrada debe ser mayor que el zener: Vin tiene que estar algo por encima de Vz para mantener el diodo en ruptura inversa. Si no, la salida simplemente sigue a la entrada y no hay regulación.
La resistencia serie se queda con la diferencia de tensión que no maneja el zener, o sea Vin menos Vout. Su valor sale directo de la ley de Ohm: divides esa caída de tensión por la corriente máxima de salida, es decir (Vin - Vout) / Iout_max. Como el propio zener pide algo de corriente para mantenerse en ruptura, típicamente del orden de 5 mA, conviene bajar un poco ese valor de resistencia para acomodarla. Y ojo con la potencia: el zener disipa Iout_max multiplicado por Vz, así que ese número define cuánto aguanta el diodo.
Hasta acá todo es el zener de siempre. Lo interesante viene cuando reemplazamos ese diodo fijo por algo que podamos ajustar.
El zener variable con dos transistores
El circuito de abajo es una adaptación libre de un diseño muy conocido que agrega flexibilidad respecto a un zener común. Lo bueno: se arma fácil en una protoboard chica y maneja corrientes de hasta 100 mA de forma segura.
La lista de materiales del núcleo es corta:
- R1: 1 KΩ
- R2: 1 KΩ
- VR1: trimpot de 10 KΩ (se recomienda multivuelta para ajustar fino)
- T1: S8550 (transistor PNP)
- T2: S8050 (transistor NPN)
La magia está en cómo los dos transistores se vigilan mutuamente. El trimpot VR1 reparte una fracción de la tensión de salida y la entrega a la base de T1. Cuando la salida intenta subir, T1 conduce más, lo que ajusta la corriente de base de T2, y entre los dos sostienen el voltaje en el punto que fijaste con el trimpot. Es como un zener cuya tensión de ruptura la decides tú girando un tornillo. Por eso, a diferencia de un zener fijo, este reacciona de forma activa: no se limita a recortar, sino que regula.
Un detalle útil de entender es por qué se usa un par complementario (un PNP y un NPN). T2, el NPN, es el que conduce la corriente principal hacia la carga; T1, el PNP, hace de sensor y compara la salida real contra la referencia del trimpot. Esa pareja forma un lazo de realimentación simple pero elegante: cualquier cambio en la salida se corrige solo.
Armado y prueba en protoboard
Una vez que tienes el esquemático claro, el armado es directo. Acá está el prototipo del autor en protoboard, con el trimpot azul a la izquierda y los dos transistores con sus resistencias:
Para la prueba, el circuito se alimentó con una batería de 6V a través de una resistencia serie de 100 Ω / 1 W. Girando el trimpot se logró fijar la salida en 2.7V y también en 3.3V de forma estable. Eso confirma lo importante: el mismo hardware te da múltiples tensiones de referencia sin cambiar ni un componente, solo ajustando VR1.
Un par de consejos prácticos al armarlo:
- Si la salida no se mueve al girar el trimpot, revisa la orientación de los transistores. Confundir el pinout de un TO92 es el error más común y silencioso.
- Usa siempre el multímetro en la salida mientras ajustas. El ojo no detecta décimas de volt, el tester sí.
- Mantente dentro de los 100 mA. Por encima de eso el circuito ya no es seguro y necesitarías una etapa de potencia aparte.
Armar un zener variable es una tarea razonablemente fácil y es una elección ingeniosa para circuitos chicos que solo piden unos pocos miliamperes. Su funcionamiento es un poco enredado pero elegante una vez que lo interpretas.
Variantes y mejoras
El circuito base ya es útil, pero hay varias formas de llevarlo más lejos que no estaban en el proyecto original:
- Referencia más precisa con TL431: si lo que buscas es estabilidad térmica y precisión, reemplaza todo el bloque de transistores por un TL431. Pierdes el lado didáctico, pero ganas una referencia ajustable de fábrica con tolerancia mucho menor.
- Salida con más corriente: para pasar de los 100 mA, agrega un transistor de potencia tipo TIP120 o un MOSFET en la salida, usando este circuito solo como la referencia que controla la etapa de potencia.
- Voltaje fijo y repetible: cuando ya encontraste tu tensión ideal con el trimpot, mide la resistencia efectiva y reemplaza VR1 por dos resistencias fijas. Así obtienes siempre el mismo valor sin riesgo de que alguien mueva el tornillo por accidente.
Personalización para Chile
En Chile puedes armar este proyecto completo con componentes en stock local de MechatronicStore. El componente clave que define el rango de ajuste es el trimpot multivuelta, y lo tenemos en el valor exacto que pide el tutorial:
- Trimpot multivuelta 3296 10K (SKU 133483) por unos $490. Es justo el VR1 multivuelta que recomienda el original para ajustar fino.
Para los transistores complementarios S8050 (NPN) y S8550 (PNP) no es necesario el número de parte exacto: son BJT de señal pequeña en encapsulado TO92, así que cualquier par complementario equivalente sirve. En el catálogo, el BC548 (NPN) y el BC557 (PNP) cumplen la misma función. Si prefieres otra familia, el par 2N3904 (NPN) y 2N3906 (PNP) también funciona.
Para R1 y R2 de 1 KΩ y la resistencia serie, el Pack 600 resistencias con 30 valores te deja surtido para este proyecto y los próximos. Y para el armado, una protoboard 830 puntos con un set de cables macho macho completa la mesa de trabajo.
Recursos
- Tutorial original: Variable Zener Diode DIY por T.K. Hareendran en Codrey Electronics.
- Lectura complementaria: hoja de datos de cualquier diodo zener y del chip de referencia TL431 para comparar contra la versión comercial.
Versión chilena con componentes en stock local en MechatronicStore.
