Diodo Zener

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Símbolo do Diodo zener.

Diodo Zener (também conhecido como diodo regulador de tensão , diodo de tensão constante, diodo de ruptura ou diodo de condução reversa)[1] é um dispositivo ou componente eletrônico semelhante a um diodo semicondutor, especialmente projetado para trabalhar sob o regime de condução inversa, ou seja, acima da tensão de ruptura da junção PN, neste caso há dois fenômenos envolvidos o efeito Zener e o efeito avalanche.[1] O dispositivo leva o nome em homenagem a Clarence Zener, que descobriu esta propriedade elétrica.[2] [3]

Fabricação[editar | editar código-fonte]

O diodo Zener difere do diodo convencional pelo fato de receber uma dopagem (tipo N ou P) maior, o que provoca a aproximação da curva na região de avalanche ao eixo vertical. Isto reduz consideravelmente a tensão de ruptura e evidencia o efeito Zener que é mais notável à tensões relativamente baixas (em torno de 5,5 Volts).[4]

Diodo[editar | editar código-fonte]

Característica corrente-tensão de um diodo zener com a tensão reversa de 17 volts. Note a mudança de escala na tensão direta e reversa.

Qualquer diodo inversamente polarizado praticamente não conduz corrente desde que não ultrapasse a tensão de ruptura. Na realidade, existe uma pequena corrente inversa, chamada de corrente de saturação, que ocorre devido unicamente à geração de pares de elétron-lacuna na região de carga espacial, à temperatura ambiente. No diodo Zener acontece a mesma coisa. A diferença é que, no diodo convencional, ao atingir uma determinada tensão inversa, a corrente inversa aumenta bruscamente (efeito de avalanche), causando o efeito Joule, e consequentemente a dissipação da energia térmica acaba por destruir o dispositivo, não sendo possível reverter o processo. No diodo Zener, por outro lado, ao atingir uma tensão chamada de Zener (geralmente bem menor que a tensão de ruptura de um diodo comum[carece de fontes?]), o dispositivo passa a permitir a passagem de correntes bem maiores que a de saturação inversa, mantendo constante a tensão entre os seus terminais. Cada diodo Zener possui uma tensão de Zener específica como, por exemplo, 5,1 Volts, 6,3 Volts, 9,1 Volts, 12 Volts e 24 Volts.

Quanto ao valor da corrente máxima admissível unilateralmene,existem vários tipos de diodos. Um dado importante na especificação do componente a ser utilizado é a potência do dispositivo. Por exemplo, existem diodos Zener de 400 mili Watts e 1 Watt. O valor da corrente máxima admissível depende dessa potência e da tensão de Zener. É por isso que o diodo Zener se encontra normalmente associado com uma resistência ligada em série, destinada precisamente a limitar a corrente a um valor admissível.

Aplicações[editar | editar código-fonte]

Díodo de Zener

O diodo Zener pode funcionar polarizado diretamente ou inversamente. Quando está polarizado diretamente, funciona como outro diodo qualquer, não conduz corrente elétrica enquanto a tensão aplicada aos seus terminais for inferior a aproximadamente 0,6 Volts no diodo de silício ou 0,3 Volts no diodo de germânio.[1] A partir desta tensão mínima começa a condução elétrica, que inicialmente é pequena mas que aumenta rapidamente, conforme a curva não linear de corrente versus tensão. Por esse fato, a sua tensão de condução não é única, sendo considerada dentro da faixa de 0,6 a 0,7 Volts para o diodo de silício. O diodo zener pode ser utilizado com fonte de ruído branco quando operando na sua região de ruptura.[carece de fontes?]

Zener diode voltage regulator.svg

Devido a esta característica, os diodos Zener são freqüentemente usados como reguladores de tensão. Por exemplo, no diagrama de circuito:

  • se U_{in} < |V_{zener}|, U_{out} = U_{in}
  • se U_{in} > |V_{zener}|, U_{out} = V_{zener}

Considerando o valor V_{zener} em valor absoluto.

Calculos[editar | editar código-fonte]

Corrente Máxima no Zener[editar | editar código-fonte]

Para que não danifique o componente

P_{z}= V_{z} \cdot I_{Zmax}

I_{Zmax} = \frac{P_{z}}{V_{z}}

Corrente Mínima[editar | editar código-fonte]

I_{Zmim} = I_{Zmax} \cdot acn 0,10

Cálculo do Resistor limitador[editar | editar código-fonte]

Adiciona-se R_z para limitar a corrente no zener.

R_{Zmim} = \frac{V_{cc} - V_z}{I_{Zmax}}

R_{Zmax} = \frac{(V_{cc} - V_z)}{I_{Zmin}}

R_z = \frac{(R_{Zmim} + R_{Zmax})}{2}

R_{Zmim} < R_{z} < R_{Zmax}

Definições[editar | editar código-fonte]

  • V_z : tensão no Zener (parâmetro do diodo, vem do fabricante)
  • P_z : potência do Zener (parâmetro do diodo, vem do fabricante)
  • I_z : corrente do Zener
  • V_{cc} : tensão média na carga (valor da fonte de tensão)
  • R_s : resistor limitador de corrente
  • R_l : carga
  • R_z : resistência do Zener
  • I_{mrl} : corrente média na carga
  • I_{Zmim} : corrente Mínima de Zener
  • I_{Zmax} : corrente Máxima de Zener
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Esse método foi utilizado considerando uma tensão constante de entrada.

Ver também[editar | editar código-fonte]

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Referências

  1. a b c Chiesse, Luiz (01/04/2003). Outros tipos de diodos (PDF) (em Português) Eletrônica. Visitado em 21/12/2010 de 2010.
  2. Seitz, Frederick. (09 1986). "On the occasion of the 80th birthday celebration for Clarence Zener: Saturday, November 12, 1985" (em inglês). Journal of Applied Physics 60 (6): 1865 - 1867. ISSN 0021-8979. Visitado em 21/12/2010.
  3. Clarence Zener. Visitado em 21/12/2010.
  4. Richard C. Dorf (ed.) The Electrical Engineering Handbook, CRC Press, Boca Raton, 1993, ISBN 0-8493-0185-8 pg.457