Stabilizzare con un diodo Zener

Esistono numerosissimi diodi zener di diversa tensione, potenza, stabilità e tolleranza. Essi sono diodi ottimizzati per il funzionamento della regione di polarizzazione inversa. Il diodo conduce con una soglia precisa e la corrente viene limitata da una resistenza esterna.
Uno dei principali vantaggi di zener è la vasta gamma di tensioni, da 2V fino a 200V, la facilità di reperimento e il costo limitato.
Hanno anche una vasta gamma di potenza trattabile, da milliwatt a parecchi watt.
Gli svantaggi principali di diodi zener è che non sono sufficientemente precisi per applicazioni ad alta risoluzione e il loro consumo di energia li rende poco adatti in applicazioni a bassa potenza.

Il circuito applicativo è quello classico, con una resistenza in serie allo Zener, di valore adeguato alla tensione di alimentazione, dato che attraverso il diodo deve scorrere una corrente minima per il corretto funzionamento. A questa applicazione, di costo minimo, si oppongono alcuni svantaggi: la tensione di alimentazione Vin sia maggiore di quella di soglia dello zener la corrente che lo attraversa abbia un certo valore minimo per la stabilità la tolleranza rispetto al valore nominale è alta la soglia di commutazione non è netta e comunque varia con la temperatura viene prodotto un certo rumore

Innanzitutto è necessario che la tensione di alimentazione dello Zener sia maggiore della sua tensione di soglia, il che rende impossibile avere una tensione di riferimento pari a quella di alimentazione del PIC. Solitamente si danno come maggiormente stabili zener nell' area 4.7-6.8V, che richiedono una alimentazione maggiore del 5V tipico del microcontroller. E nel caso di alimentazione a 3.6 V o meno la scelta è ancor più ridotta. Occorrerà prelevare la tensione Vin a monte del regolatore a tre terminali, il che ne riduce la stabilità e ne aumenta il ripple

I diodi zener, poi, hanno una tolleranza piuttosto ampia rispetto al valore nominale, dell' ordine del 5%; ovvero un diodo marcato 4.7V potrà spaziare tra  4.465 e 4.935. Di per se, come abbiamo detto, non è un vero problema in quanto, conoscendone il valore, si potrà se necessario correggere il risultato della conversione con calcoli opportuni. Però questa tolleranza è individuale del componente; certamente una partita avrà un valore medio piuttosto uniforme, ma con gran probabilità una diversa partita avrà diverso valore medio e difficilmente un componente sarà identico ad un' altro entro percentuali ristrette. Questo è un limite sensibile nella produzione di molti esemplari del circuito.
Un esempio è il BZX84C2V7LT1, che ha una soglia a 2, 5V, ma con tolleranza da 2.3V a 2.7V,  ± 8%. Questo è adatto solo per applicazioni che richiedono poca precisione. 

Inoltre la resistenza dinamica è abbastanza elevata. L' esempio del BZX  ha un'impedenza interna di circa 600Ω; questo valore è sensibilmente elevato e causerà un'ulteriore variazione in tensione di riferimento in funzione sulla variazione nella corrente del carico (con una variazione di 1 mA su 600 ohm si ha una cdt di 0.6V !).
Selezionando un diodo zener con impedenza di uscita bassa si minimizza questo effetto. In generale, diodi zener integrati sono più stabili di un diodo zener discreto, grazie alla loro struttura.

Per ultimo, questo genere di regolatore shunt produce un elevato rumore elettrico che va abbattuto aggiungendo almeno un condensatore in parallelo all' uscita

Uno schema decisamente migliorativo possibile potrà essere questo, proposto da un application di National Semiconductors: una alimentazione principale V+ di una decina di volt un partitore R1/R2/R3 per selezionare il valore di tensione voluto un op-amp singola alimentazione uno zener di precisione compensato in temperatura Il miglioramento dipende dall' uso di un operazionale. I vantaggi sono sensibili: lo zener è alimentato dall' uscita dell'operazionale, il che ne aumenta la stabilità per variazioni della Vcc l' uscita dell' operazionale garantisce una riduzione della resistenza dinamica.  Il partitore permette di aggiustare a diversi valori la tensione in uscita; i componenti dovranno essere obbligatoriamente ad alta stabilità (cermet e strato metallico). L' amplificatore operazionale garantisce una bassa impedenza.

La resistenza R1 limita la corrente nello zener al valore ottimale per la migliore stabilità. Questa corrente non dipende dalle variazioni della tensione di alimentazione, in quanto lo zener è alimentato dall' uscita dell' operazionale (che è stabile).
È possibile selezionare i valori di resistenza del partitore per ottenere l'intervallo di regolazione della tensione desiderata, osservando che il range meglio sarà se molto limitato e che la corrente che fluisce attraverso R2, R3 e R4 non causi dissipazione di potenza eccessiva (ovvero sono consigliabili valori elevati). 

Il modello 1N4611B ha un coefficiente di temperatura dello 0.001 % (ma per 1N4611A è solo lo 0.005%), con una precisione sulla tensione del +/- 5% alla corrente tra 1 e 3 mA.
È possibile utilizzare anche altre serie di zener con diverse tensioni, ad esempio 5.6 V o 6.2 V. A questo riguardo è opportuno verificare nella gamma dei produttori gli elementi che hanno la maggiore stabilità e che di solito sono nell' area 5.6-6.6V; altri valori possono non essere consigliati poiché hanno stabilizzazione decisamente inferiore. Così pure zener generici non compensati in temperatura non sono indicati se non in applicazioni non critiche.

In conclusione, si tratta di una soluzione non sempre ideale.