Relatório Estabilização de tensão com diodo Zener

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Faculdade Estácio de Curitiba
Eletrônica
Estabilização de Tensão com Diodo Zener
Nome: Rafael de Oliveira
Turma nº 1001- Quinta-Feira – Manhã – 1º Horário
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Resumo - Este artigo refere-se à aula prática de laboratório sobre diodo zener no qual verificou-se a estabilização da tensão no circuito utilizando este tipo de diodo.
Palavras-chaves – Diodo, zener e tensão.
I. INTRODUÇÃO
O objetivo do presente artigo é apresentar de forma clara o experimento feito em laboratório sobre estabilização de tensão utilizando diodo zener. Aqui serão descritos os equipamentos e técnicas utilizadas para realização da aula prática.
II. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
[1] Um diodo zener é constituído por uma junção PN de material semicondutor (silício ou germânio) e por dois terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K), conforme a Figura 1.
[1] Figura 1. Junção PN do diodo zener.
O símbolo do diodo zener em um circuito pode ser representado conforme imagem abaixo:
[1] Figura 2. Símbolo do diodo zener.
O terminal que se encontra mais próximo do anel é o cátodo (K) e o outro é o Ânodo, conforme Figura 3.
[1] Figura 3. Identificação visual dos terminais de um diodo zener.
Para alimentar uma carga qualquer com uma tensão invariável, perfeitamente isenta de qualquer variação ou flutuação, basta montar o sistema constituído pelo diodo zener (polarizado inversamente) e a resistência limitadora R, de tal modo que o diodo fique em paralelo com a carga, de acordo com a representação da Figura 4.
[1] Figura 4. Circuito com o diodo zener.
Onde:
R – Resistência que tem por função limitar a corrente no zener (IZ).
Rc – Resistência de carga (receptor).
 
O diodo zener quando polarizado reversamente (ânodo a um potencial negativo em relação ao cátodo) permite manter uma tensão constante aos seus terminais (VZ) sendo por isso muito utilizado na estabilização/regulação da tensão nos circuitos.
[1] Figura 4. Diodo zener no circuito como estabilizador de tensão.
Para que o diodo zener estabilize a tensão nos seus terminais deve-se ter o seguinte: Deve estar polarizado reversamente (A e K ); A tensão de alimentação do circuito tem que ser superior à tensão de zener (VZ) e a(s) carga(s) do circuito têm que estar ligadas em paralelo com o diodo zener.
Os diodos zener são definidos pela sua tensão de zener (VZ) mas para que possa existir regulação/estabilização de tensão aos seus terminais a corrente que circula pelo diodo zener (Iz) deve manter-se entre os valores de corrente zener definidos como máximo e mínimo, pois se é menor que o valor mínimo, não permite a regulação da tensão e se for maior, pode romper a junção PN por excesso de corrente. 
[1] Figura 5. Gráfico de funcionamento do diodo zener.
O gráfico de funcionamento do zener mostra que, quando está polarizado diretamente (1º quadrante), ele conduz por volta de 0,7 V, como um diodo comum. Porém, na ruptura (3º quadrante), o diodo zener apresenta uma curva, seguido de um aumento de corrente praticamente vertical. A tensão é praticamente constante, ou seja, aproximadamente igual a Vz em quase toda a região de ruptura. 
Variando-se o nível de dopagem dos diodos de silício, o fabricante pode produzir diodos zener com diferentes tensões de zener. A utilização do diodo zener é limitada pelos seguintes parâmetros:
Vz – Tensão de zener;
Izmáx – Corrente de zener máxima;
Izmin – Corrente de zener mínima;
Pz – Potência de dissipação (PZ = VZ x IZ).
Desde que a potência não seja ultrapassada, o diodo zener pode trabalhar dentro da zona de ruptura sem ser destruído.
III. MATERIAIS UTILIZADOS
Para realizar o experimento, foi utilizado o software Proteus para realizar a simulação do experimento.
IV. DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO
Inicialmente montou-se o circuito Figura 6 no simulador.
[2] Figura 6. Circuito com o diodo zener.
 Após variou-se a tensão da fonte de 0 até 24 V, conforme os valores de Vi da Tabela 1, sendo que para cada valor de Vi mediu-se com o auxílio de um multímetro o valor de Vo na saída do circuito. Os dados obtidos foram organizados nesta Tabela 1.
A seguir construiu-se o gráfico de Vo em função de Vi (Gráfico 1). Também calculou-se os valores de Vi mínimo e máximo para este circuito.
V. RESULTADOS OBTIDOS
Segue abaixo os valores de Vo de acordo com a tensão em Vi.
	Vi (V)
	Vo (V)
	0
	0
	2
	1,64
	4
	3,28
	8
	6,56
	10
	8,20
	12
	9,84
	14
	11,5
	16
	12,1
	18
	12,1
	20
	12,2
	22
	12,3
	24
	12,3
Tabela 1. Valores obtidos de Vo.
A seguir está representado o gráfico de Vo em função de Vi.
Gráfico 1. Vo = f (Vi).
Segue abaixo os cálculos para obter os valores de Vi mínimo e máximo:
O valor de Vi mínimo pode ser obtido utilizando a seguinte equação:
Já o valor de Vi máximo pode ser obtido utilizando a seguinte equação:
Porém antes precisa-se obter o valor da corrente máxima no resistor através da equação:
Como ainda não há o valor de Izm e IL, primeiramente irá ser calculado Izm utilizando a seguinte equação:
Para obter o valor de IL será utilizada a equação abaixo:
Agora com os valores de Izm e IL poderá ser calculado a IR max:
Então finalmente poderá ser obtido o valor de Vi máximo:
VI. CONCLUSÃO
Após a realização do experimento podemos comprovar a eficiência dos diodos zener como estabilizadores de tensão.
Também foi possível notar que sempre deverá haver um resistor em série como o zener para limitar a corrente em cima do diodo, que necessita de uma corrente mínima para conduzir e se restringi a uma corrente máxima para não queimar.
O valor de Vi mínimo calculado foi de 14,64 V e o máximo de 23,44 V, isto poder ser observado no gráfico que após o valor de Vi mínimo a curva manteve-se praticamente constante e um pouco acima do valor de Vz (12 V). Sendo assim podemos afirmar que o objetivo proposto em aula foi atingido.
VII. REFERÊNCIAS
[1] http://www.prof2000.pt/users/Ipa (Último acesso: 07/05/2015).
[2] Ficha de acompanhamento “Aula Prática de Laboratório – Prática 6 – Estabilização de tensão com diodo zener”.