aula 03 - Eletrônica

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Eletrônica 
Aula 03 – Diodo Zener 
CIn-UFPE 
Diodo zener 
  Diodo Zener é um tipo especial de diodo, que por construção, 
intencionalmente, opera na região de ruptura. 
  Este tipo de diodo, também chamado diodo de ruptura, é o elemento 
principal dos reguladores de tensão. Ou seja, é utilizado para garantir 
“tensão constante independente da corrente requisitada pela carga do 
circuito”. 
Características elétricas 
  Os diodos zener podem ser encontrados numa vasta variedade de 
tensões de operação, as quais estão associadas as tensões de 
ruptura. 
  Assim como todos os diodos, os diodos zener também apresentam 
uma resistência interna nas regiões pn. Esta resistência pode provocar 
uma queda de tensão, além da tensão de ruptura. 
  Comercialmente, podemos encontrar diodos zener, como reguladores 
de tensão, na faixa de 1,8 a 200 V. 
  Quando polarizado diretamente o diodo zener opera como um diodo 
retificador normal. 
Fonte de tensão 
não regulada 
RS 
Resistor limitador de corrente 
Diodo zener 
carga RL 
Circuito típico 
VZ 
Diodo zener 
  Suponha o circuito abaixo com um zener para 10V. Quais as correntes 
máxima e mínima do zener? 
Diodo zener ideal Diodo zener real 
20 a 40 V 
820 Ω 
10 
a) Corrente mínima 
b) Corrente máxima 
IS= (20-10)/820 A = 12,2 mA 
IS= (40-10)/820 A = 36,6 mA 
IS 
Fonte de tensão 
não regulada 
RS 
Diodo zener 
IZ VZ VS 
Para Rs = 1KΩ 
 Vs = 20 V 
Iz = (Vs-Vz)/Rs = (20-Vz)/1000 
-30 mA 
-30 
Curva 2 
Traçar a curva de carga 2; 
Vz = 0 => Iz = 30mA 
Iz = 0 => Vz = -30V 
Para Rs= 1KΩ 
 Vs = 30 V 
Iz = (Vs-Vz)/Rs = (30-Vz)/1000 
Traçar a curva de carga1; 
Vz = 0 => Iz = 20mA 
Iz = 0 => Vz = -20V 
-20 mA 
-20 
Curva 1 
Suponha Vz = 12 V 
=12 
Mesmo que a tensão na fonte varie de 20 para 30V, a tensão zener é ainda 
aproximadamente igual a 12V. 
Retas de carga/regulagem zener 
Variação da tensão zener 
  A variação da tensão zener é diretamente proporcional a variação da 
corrente no zener e a resistência Zener. Como a resistência do diodo 
zener é pequena está variação de tensão zener também é pequena. 
ΔVz = ΔIz.Rz 
Exemplo: 
Se Vz = 10V e Rz = 8,5 Ω, qual será a tensão adicional quando houver um 
acréscimo de corrente de 20 mA? 
ΔVz = ΔIz.Rz => ΔVz = (20mA).(8,5 Ω) => ΔVz = 0,17 V 
A nova tensão zener é de 10,17 V em vez de 10V. 
Diodo zener – operação sem carga 
  Deve existir sempre um resistor para limitar a corrente na tensão de 
ruptura do diodo zener, caso contrário, assim como os diodos normais 
o zener queimaria por excesso de potência. 
Fonte de tensão 
não regulada 
RS Resistor limitador de corrente 
Diodo zener 
IZ VZ 
Neste caso, IS=IZ = (Vs – Vz)/ Rs 
VS 
Potência dissipada no zener PZ = Rz.Iz2 
  A resistência RS deve ser dimensionada de forma que, mesmo na 
situação em que a resistência de carga seja infinita, a corrente no 
diodo não ultrapasse seu valor máximo, portanto: 
VSmax – VZ ≤ Izmax 
 Rs 
Rsmin ≥ (VSmax – VZ)/Izmax ou 
  Para um regulador zener manter a tensão constante, o diodo zener deve 
permanecer na região de ruptura em qualquer condição de operação. 
Retificação 
com filtro 
capacitivo 
+ 
- 
Rz 
Rs 
RL 
+ 
Vs 
- 
Is Diodo zener 
  O pior caso ocorre quando a corrente fornecida pela fonte é mínima e a 
corrente de carga é alta. 
Ismin=(Vsmin-Vz)/Rs => Rs = (Vsmin-Vz)/Ismin 
  Como Iz = Is-IL , ou seja, no pior caso Izmin = Ismin-Ilmax 
  No ponto crítico Ismin= Ilmax resultando Iz =0, ou seja, sem regulação. 
Rsmax ≤ (Vsmin-Vz)/ ILmax 
  Para garantir a regulação devemos ter uma resistência série RS máximo, 
tal que: 
• Assim observamos que, Rs deve ser tal que garanta a corrente mínima 
no díodo quando houver carga e corrente a máxima quando não houver. 
Diodo zener – operação com carga 
Regulação de carga 
 Esta característica mede a variação da tensão de saída quando 
a resistência de carga varia de um valor mínimo (plena carga) a um 
valor máximo (sem carga), considerando a temperatura constante. 
 Regulação de carga= RC = [(Vs|RL=RLimax – Vs|RLimin)/ Vs|Rl=L=Rimax ]*100% 
  O procedimento habitual para medir a regulação de carga é ajustar o valor da 
carga correspondente à mínima corrente (em geral zero), medir o valor da 
tensão de saída, ajustar o valor da carga para a máxima corrente e medir o 
valor da tensão de saída. As medidas são realizadas com intervalo suficiente 
para que o regulador se estabilize para cada um dos valores de corrente de 
saída. 
  Na prática, se um regulador não consegue responder rapidamente a variações 
na corrente de saída (sua resposta em freqüência é limitada), variações 
instantâneas na tensão de saída vão ocorrer. Essas variações instantâneas 
causadas por uma carga pode afetar o desempenho dos circuitos alimentados 
e, se tivermos vários circuitos alimentados ao mesmo tempo (que podemos 
encarar como várias cargas), as variações instantâneas causadas por uma 
carga podes afetar as outras através da fonte de alimentação. Isto é muito 
comum em circuitos digitais. 
USP/Eletrônica experimental 
Fator de rendimento 
  O fator de rendimento(η) determina a parcela da potência fornecida na 
entrada do circuito que efetivamente é entregue à carga, ou seja: 
  η = (Potência de entrada/potência entregue)*100%= (Vs.Is/VL.IL )*100% 
Ondulação de tensão zener 
  Qual o valor da redução na ondulação da onda de saída, com a 
colocação de um diodo zener? 
Tensão de 
ondulação Tensão de ondulação 
Retificação 
com filtro 
capacitivo 
+ 
- 
Rz 
Rs 
RL 
+ 
Vs 
- 
Is 
No início da descarga do 
capacitor, a corrente no resistor 
em série Ismax= (Vsmax-Vz)/Rs 
No final da descarga 
 Ismin= (Vsmin-Vz)/Rs 
A variação de corrente 
Ismax- Ismin =(Vsmax-Vsmin)/Rs = ΔVs/Rs, ou seja: 
 ΔVs = ΔIs.Rs (Ondulação pico-a-pico na entrada) 
Ondulação pico-a-pico no zener é dado por ΔVz = ΔIz.Rz (saída) 
Relação entre tensão saída/entrada 
 ΔVz = ΔIz.Rz 
 ΔVs ΔIs.Rs 
Vz 
Ondulação de tensão zener 
  Considerando uma carga constante (RL)as variação de corrente no 
zener é a mesma que no resistor em série, assim: 
ΔVz = Rz 
ΔVs Rs 
Assim, sabendo-se o valor do resistor do zener e Rs 
é possível se estimar a ondulação da tensão de saída 
sabendo- se a ondulação na entrada. 
Exemplo: Rz = 7 Ω e Rs = 700 Ω, a ondulação na saída seria 1/100 da 
 ondulação na entrada 
 ΔVz = (1/100). ΔVs 
Diodo zener- datasheet (exemplo) 
(VZ) (Volts) - tensão do zener 
IZT – corrente do zener 
(IZTK) (mA) - corrente de teste (no joellho) 
(IZRM) (uAmp) Corrente reversa máxima 
ZZ@IZT (Ω) Impedância zener máxima 
ZZk@IZT (Ω) Impedância zener (no joelho) 
(IZM)(mA) – máxima corrente do regulador 
K