Diodo Zener

O diodo Zener é um tipo especial de diodo utilizado como regulador de tensão. A sua capacidade de regulação de tensão é empregada principalmente nas fontes de alimentação, para obtenção de uma tensão de saída praticamente constante.

Polarização direta

Quando polarizado diretamente, o diodo Zener se comporta como um diodo convencional; ou seja, operando no regime de condução com uma queda de tensão típica através de seus terminais.

Normalmente o diodo Zener não é utilizado com polarização direta nos circuitos eletrônicos.

Polarização Inversa

A partir de um determinado valor da tensão inversa aplicada ao diodo, ocorre o feito de ruptura, que faz com que o diodo entre subitamente em condução, mesmo estando submetido a uma polarização inversa. A partir dessa condição, a corrente inversa aumenta rapidamente e a queda de tensão através do diodo se mantém praticamente constante. O valor V_Z da tensão inversa a partir da qual o diodo Zener entra no regime de condução é denominado de tensão Zener.

“No curto-circuito a corrente tende ao infinito e a tensão tende a zero”

É importante observar que quando polarizado inversamente, qualquer junção semicondutora pode sofrer o efeito de ruptura. A diferença fundamental entre um diodo Zener e aquele denominado de diodo convencional ou retificador, reside no fato do diodo Zener ser fabricado com materiais 1semicondutores condicionados a resistir ao valor intenso da corrente inversa presente no regime de ruptura, ao passo que um diodo convencional seria danificado permanentemente se submetido às mesmas condições de operação.

Principais características do Diodo Zener

Tensão Zener, Potência máxima de dissipação, Coeficiente de temperatura e Tolerância.

-Tensão Zener.

O valor da tensão Zener, ou tensão de ruptura de um diodo é controlada durante o processo de fabricação e depende da resistividade da junção semicondutora. A escolha adequada das dimensões, tipo de material e grau de dopagem, possibilitam a operação normal do diodo mesmo quando submetido a alto valor de corrente inversa.

Os diodos Zener são fabricados com valores do parâmetro Vz que variam de 2 V até algumas dezenas de volts. O valor da tensão Zener é fornecido pelo fabricante nos folhetos técnicos do componente.

- Potência máxima de dissipação.

O diodo Zener operando com uma tensão fixa Vz na região de ruptura, é percorrido por uma alta corrente inversa, dissipando, portanto, potência na forma de calor. A potência dissipada Pz pode ser obtida do produto:

P_z = Vz x I_z

Onde Iz é a corrente inversa de operação.

Cada diodo Zener pode operar até um valor máximo da potência de dissipação, valor este que assegura a operação normal do componente.

- Coeficiente de temperatura.

Os diodos Zener são fabricados com materiais semicondutores, que sofrem influência da temperatura. Esta influência se traduz em variações no valor da tensão Zener, a partir de variações na temperatura de operação.

Esse efeito é pré-especificado pelo fabricante, sendo caracterizado na forma de um coeficiente de temperatura que permite determinar de quantos milivolts varia o valor Vz para cada grau centígrado de variação da temperatura.

Os valores da tensão Zener constantes nos folhetos técnicos são definidos para uma temperatura de operação de 25ºC.

-Tolerância

A tolerância do componente especifica a variação que pode existir entre o valor especificado e o valor real da tensão inversa de operação do diodo Zener, sendo uma margem para cima ou para baixo.

Quando o código do Diodo Zener terminar com a letra A, significa tolerância de 5%.

Ex:

Cód: 1N4742 A Caracteriza um diodo Zener de 12V, 1W, com tolerância de 5%

 Então a tensão Zener pode variar no intervalo 11,4 V £ Vz £ 12,6 V.

Quando o código d Diodo Zener terminar somente com números, significa tolerância de 10%.

Ex:

Cód: 1N4733 Caracteriza um diodo Zener de 5,1V, 1W, com tolerância de 10%

Então a tensão Zener situada no intervalo 4,6 V £ Vz £ 5,6 V.

Para que o diodo Zener opere adequadamente como regulador de tensão é necessário introduzir um resistor que limite a corrente inversa através do diodo a um nível inferior ao valor máximo especificado pelo fabricante. Como observado, o diodo deve ser conectado em paralelo com a carga, que fica assim submetida à mesma tensão existente entre os terminais do Zener. O resistor funciona com um divisor de tensão, parte é dissipada no resistor R_{D (resistor divisor)} e a outra vai para o Diodo Zener e a Carga.

O circuito regulador com diodo Zener deve ser alimentado na entrada com uma tensão de pelo menos 40% superior ao valor da tensão Zener, com uma oscilação de ±10% para que possa efetuar adequadamente a regulação.

Observe que a tensão de entrada V_ent apresenta uma variação e a tensão de saída V_s após passar pela regulação está estabilizada próxima de uma tensão continua ideal.

O cálculo para adequar o valor do R_D é simples usando a lei de OHMS encontramos facilmente, basta entender que :

I_RD = I_z + I_c

A corrente que passa pelo o resistor divisor ₍I_RD) é a soma da corrente Zener ₍I_z) e corrente da carga ₍I_c).

E ainda;

E_e = E_RD + E_c

A tensão de Entrada(E_e) de divide em duas. A tensão do resistor (E_RD) e tensão da carga que é a mesma do dido zener (E_c).

Se temos a tensão no resistor (E_RD) e a corrente (I_RD) , basta aplicar a lei de Ohms.

1°- R_{RD =} E_{RD ÷} I_RD, Assim temos a resistividade do Resistor Divisor.

2°- P_{RD =} E_RD x I_RD, Assim temos a Potência de dissipação do Resistor.

Bons Estudos... Josiley Braz