Diodo zener

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Ivair José de Souza 
 
Diodo zener 
 
 
 
A diferença básica entre o diodo zener e o diodo retificador é que o diodo zener 
opera na região de ruptura ao passo que o diodo retificador será danificado se 
atingir esta região. 
 
Curva característica do diodo zener. 
 
 
 
A curva característica do diodo zener é a mesma do diodo retificador. 
 
A tensão de ruptura é também denominada de tensão zener. 
Quando o diodo zener está polarizado no sentido direto comporta como o diodo 
retificador e tem-se no mesmo uma queda de tensão de aproximadamente 0,7V. 
 
Na região de ruptura a tensão no diodo zener, praticamente, mantém-se constante 
no valor de VZ para uma grande variação de corrente e devido a esta característica 
o diodo zener é utilizado como regulador ou estabilizador de tensão. 
 
O diodo zener será danificado se passar no mesmo uma corrente acima de IZ max. 
Conhecendo os valores de PZ max e VZ, obtidos do fabricante, calcula-se IZ max. 
PZ max é a máxima potência que o diodo zener pode dissipar. 
Para um diodo zener com VZ = 10 V e PZ max = 1 W tem-se. 
IZ max = PZ max / VZ 
IZ max = 1 W / 10V 
Iz max = 100mA 
 
Analise o circuito abaixo, variando a tensão de entrada de 0V a 25V. 
 
Para V < VZ, o diodo zener não conduz e tem-se que: 
Vsaída = V (Tensão de saída igual à tensão de entrada) 
I = 0A (A corrente será nula por que o diodo zener ainda não atingiu a ruptura). 
VR = 0V. (sendo I = 0A não se tem tensão no resistor, VR = R. I ) 
 
Para V > VZ, o diodo zener conduz visto que atinge a tensão de ruptura. 
Vsaída = VZ (Tensão de saída igual à tensão do diodo zener) 
VR = V – VZ 
I = VR / R (a corrente no circuito será limitada pelo resistor R) 
 
O circuito acima é utilizado para determinar, na prática, a tensão de um diodo zener. 
 
 
Regulador de tensão R-Z 
 
 
O diodo zener irá regular (estabilizar) a tensão em RL, mesmo havendo variações da 
tensão de entrada e/ou da corrente em RL, dentro de certos limites. 
VRL = VZ devido a que RL está em paralelo com o diodo zener. 
 
V é a tensão de entrada e varia de um valor mínimo a um valor máximo (V max). 
I é a corrente do circuito e pode variar de (IZ min + IL) a um valor máximo (IZ max) 
IL é a corrente na carga RL e pode variar de 0A a um valor máximo (IL max). 
IZ é a corrente no diodo zener e pode variar de IZ mínimo a IZ máximo. 
 
As seguintes observações devem ser feitas sobre o regulador R-Z. 
Sendo I = (V -- VZ) / R e IZ = I – IL tem-se que: 
Se V aumenta, IZ aumenta. 
Se V diminui, IZ diminui. 
Se IL aumenta, IZ diminui. 
Se IL diminui, IZ aumenta. 
 
Para regular a tensão em RL, os valores de IZ devem estar entre IZ min a IZ max. 
Normalmente, considera-se IZ min = 10% de IZ max sendo IZ min a corrente no 
diodo zener após o joelho da curva. 
Sendo IZ max = 100 mA tem-se: 
IZ min = 0,1 . IZ max => IZ min = 0,1 . 100mA 
IZ min = 10mA 
Ivair José de Souza 
1) Sendo VZ = 10V, R = 220Ω, RL = 800Ω, determine as tensões e as correntes para 
V = 18V e V = 25V. Preencha o quadro abaixo. 
 
Tensões do circuito Correntes do circuito 
Tensão de 
entrada V 
Tensão em RL 
VRL = VZ 
Tensão em R 
VR = (V -- VZ) 
 
I = VR / R 
 
IL = VZ / RL 
 
IZ = I -- IL 
V = 18V 10V 8V 36,4 mA 12,5 mA 23,9 mA 
V = 25V 10V 15V 68 mA 12,5 mA 55,5 mA 
 
2) Sendo V = 25V, calcule as tensões e as correntes para RL = 800Ω e RL = 500Ω. 
 
Tensões do circuito Correntes do circuito 
Resistor de 
carga 
Tensão em RL 
VRL = VZ 
Tensão em R 
VR = (V -- VZ) 
 
I = VR / R 
 
IL = VZ / RL 
 
IZ = I -- IL 
RL= 800Ω 10V 15V 68 mA 12,5 mA 55,5 mA 
RL= 500Ω 10V 15V 68 mA 20 mA 48 mA 
 
Os valores de IZ, nos exercícios 1 e 2, estão entre IZ min a IZ max, portanto, o diodo 
zener irá regular (estabilizar) a tensão em RL. 
IZ min = 10 mA e Iz max = 100 mA 
 
O resistor R deve ser dimensionado para limitar a corrente no circuito a um valor 
menor do que a máxima corrente do diodo zener, pois caso a carga RL seja 
desligada toda a corrente do circuito irá passar no diodo zener. Se este cuidado não 
for tomado o diodo zener será danificado. 
 
Então, deve-se ter: 
I <= IZ max para não danificar o diodo zener quando RL for desligado. 
I >= IZ min + IL para garantir uma operação após o joelho da curva do diodo zener e 
se ter uma regulação da tensão em RL. 
 
Exercícios resolvidos 
1) Sendo V = 25V, VZ = 10 V, IZ max = 100mA, IZ min = 10 mA, IL = 20 mA, calcule o 
valor mínimo e o valor máximo do resistor R. 
R min >= (V – VZ) / IZ max 
R min = (25V – 10V) / 100 mA => R min > 15 V / 100 mA 
R min = 150Ω (abaixo deste valor, o diodo Zener danificará devido a que I > IZmax). 
 
R max = (V – VZ) / (IZ min + IL) 
R max = (25V – 10V) / (10 mA + 20 mA) => R min > 15V / 30 mA 
R max = 500Ω (acima deste valor, não terá regulação de tensão em RL). 
 
2) Sendo R = 220Ω, VZ = 10 V, IZ max = 100mA, IZ min = 10 mA, IL = 20mA, calcule o 
valor mínimo e o valor máximo da tensão de entrada V. 
 
V = VR + VZ => V = R . I + VZ 
V min = R . (IZ min + IL) + VZ 
V min = 220Ω . (10 mA + 20 mA) + 10V = 220Ω . 30 mA + 10V 
V min = 6,6V + 10V 
V min = 16,6 V (abaixo deste valor, não terá regulação de tensão em RL). 
 
V max = R . IZ max + VZ 
V max = 220Ω . 100 mA + 10V = 22V + 10V 
V max = 32V (acima deste valor, o diodo Zener danificará devido a que I > IZmax). 
 
Ivair José de Souza 
3) Sendo V = 25V, R = 220Ω, VZ = 10 V, IZ max = 100 mA, IZ min = 10 mA, calcule o 
valor mínimo do resistor RL. 
I = VR / R => I = 15V / 220Ω 
I = 68 mA 
 
IL max = I – IZ min => IL max = 68 mA – 10 mA 
IL max = 58 mA 
Quando IL aumenta IZ diminui e IZ não deve ser menor do que IZ min para não 
comprometer a regulação de tensão em RL. 
 
RL min = VZ / IL max 
RL min = 10V / 58 mA 
RL min = 172Ω (abaixo deste valor, não terá regulação de tensão em RL). 
 
4) Cite as condições que devem ser satisfeitas para o regulador de tensão R-Z. 
....................................................................................................................................... 
....................................................................................................................................... 
....................................................................................................................................... 
 
 
 
Impedância dinâmica do diodo zener 
 
É a relação entre a variação da tensão zener e a variação de corrente.no diodo zener. 
A impedância zener é também denominada de resistência zener ou Rz. 
Não confundir resistência zener com resistência do diodo zener. 
 
 
 
1) Determine o valor de Rz sendo: 
 VZ1 = 12V para IZ1 = 10 mA 
 VZ2 = 12,6V para IZ2 = 40 mA 
 
Variação de VZ = VZ2 -- VZ1 = 0,6V 
Variação de IZ = IZ2 – IZ1 = 30 mA 
Rz = = 0,6V / 30 mA 
Rz = 20Ω 
 
2) Sendo VZ1 = 12V para IZ1=10 mA e Rz = 20Ω, calcule VZ2 para IZ = 50mA. 
 
Variação de IZ = 50mA – 10mA = 40mA 
VZ2 = 12V + 20Ω . 40mA = 12V + 0,8V 
VZ2 = 12,8V 
Ivair José de Souza 
O valor ideal para Rz deve ser zero. Neste caso, a tensão no diodo zener não irá 
variar mesmo havendo variação de corrente no mesmo. Se Rz fosse nulo não 
teríamos a inclinação da curva na região de ruptura ou região zener. 
 
Na prática, normalmente, considera-se o diodo zener como sendo ideal. Neste caso 
também se despreza o joelho da curva considerando IZ min = 0A. 
 
 
Abaixo, o regulador de tensão R-Z regula a tensão em RL e com isto, praticamente, 
elimina a ondulação na saída do retificador de onda completa com filtro a capacitor. 
 
 
 
 
 
Considerações sobre o regulador de tensão R-Z 
 
Não é adequado para circuitos queexigem “ótima” regulação de tensão visto que o 
diodo zener não apresenta uma característica vertical na região de ruptura tendo 
uma pequena variação da tensão zener devido à resistência zener (Rz). 
 
É indicado para circuitos que drenem baixa corrente (alguns mA) devido ao seu 
baixo rendimento e isto por que o consumo de energia com ou sem carga RL é 
constante. 
Para circuitos que exigem uma regulação de tensão eficiente deve-se utilizar o 
diodo de referência de tensão que tem uma característica vertical isto é, 
são praticamente nulos. 
 
Se a carga RL drena alta corrente e exige uma regulação de tensão eficiente há 
várias opções de projeto dentre as quais se destacam os reguladores de tensão na 
forma de circuito integrado, os reguladores de tensão com transistor bipolar, etc. 
 
 
Ivair José de Souza 
Limitador de tensão com diodo zener 
 
 
 
Funcionamento 
 
Quando a tensão de entrada ultrapassa 10V o diodo zener entra na região de 
ruptura e mantém a tensão de saída em 10V. Os picos de tensão acima de VZ ficam 
no resistor R. 
Este circuito pode ser utilizado para proteger um circuito eletrônico contra picos de 
tensão. 
Os semiciclos negativos são barrados pelo diodo retificador e se o mesmo for 
retirado do circuito tem-se que a tensão de saída ficará limitada no valor de VZ no 
semiciclo positivo e no valor de –0,7V no semiciclo negativo. 
 
 
1) Para o circuito acima, desenhe a formas de onda de VR e VRL sendo VZ = 5 V. 
 
2) Desenhe a forma de onda de VRL com o diodo retificador em curto-circuito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ivair José de Souza 
Limitador de tensão alternada com diodo zener 
 
 
 
Funcionamento 
 
No semiciclo positivo, Z1 está polarizado inversamente e Z2 diretamente Assim que 
a tensão de entrada ultrapassa 10,7V ou (VZ1+0,7V), Z1 entra na região de ruptura e 
mantém a tensão de saída em 10,7V. 
No semiciclo negativo, Z1 está polarizado diretamente e Z2 inversamente. Assim 
que a tensão de entrada ultrapassa --10,7V, Z2 entra na região de ruptura e mantém 
a tensão de saída em --10,7V. 
 
No semiciclo positivo Z1 comporta como diodo zener e Z2 como diodo retificador. 
No semiciclo negativo Z1 comporta como diodo retificador e Z2 como diodo zener. 
A tensão de saída não ultrapassa sendo que os picos de tensão acima de 
10,7V ficam no resistor R. 
Este circuito limitador de tensão é também denominado de circuito ceifador uma 
vez que ceifa a forma de onda de saída limitando-a aos valores de . 
 
 
Exercícios 
1) Desenhe a formas de onda de VR e VRL sendo VZ1 = 10 V e VZ2 = 5 V 
 
2) Desenhe a forma de onda de VRL se Z1 ou Z2 abrir. 
 
Ivair José de Souza 
Abaixo, somente os picos positivos da tensão de entrada aparecem na saída. 
Não há corrente em RL para tensões abaixo de 10,7 V. 
Os semiciclos negativos são barrados pelo diodo retificador. 
 
1) Desenhe a forma de onda de VRL sendo VZ= 5 V. 
 
2) Desenhe a forma de onda de VRL se o diodo retificador entrar em curto-circuito. 
 
 
Reguladores R-Z em cascata 
 
 
A tensão VZ1 do pré-regulador R1-Z1 alimenta o segundo regulador R2-Z2 
As variações da tensão VZ1 devido às variações da tensão de entrada, 
praticamente, não serão percebidas pela carga RL. 
As variações em VZ1 é de décimos de volt e em VZ2 é de milésimos de volt. 
 
Sendo Rz1 = 20Ω e Rz2 = 14 Ω tem-se que: 
A tensão de entrada varia de 36V a 48V que dá uma variação de 12V. 
Rz1 / R1 = 20Ω / 390Ω = 0,051 => ∆VZ1 = 0,051 . 12V 
∆VZ1 = 0,61V (variação de tensão em Z1). 
 
Rz2 / R2 = 14 Ω / 560Ω = 0,025 => ∆VZ2 = 0,025 . 0,61V 
∆VZ2 = 0,0153V = 15,3mV (variação de tensão em Z2). 
 
 
Ivair José de Souza 
Exercícios 
 
1) No regulador R-Z abaixo, calcule as correntes no circuito. 
 I =.............. IL =............... IZ =.............. 
 
 
2) Calcule o valor mínimo do resistor RL. 
 RL min =................. 
 
3) Calcule o valor mínimo e o valor máximo da tensão de entrada. 
 V min =................. V max =……………. 
 
4) Calcule o valor mínimo e o valor máximo do resistor R. 
 R min =................. R max =……………. 
 
5) Sendo Rz = 10 Ω, calcule a variação da tensão na saída sabendo que a tensão de 
entrada varia de 14V a 21V 
 
 
6) Por que o valor da corrente total (I) não pode ser acima de IZ máximo? 
 
7) Qual a desvantagem do regulador R-Z em operar com maiores correntes na carga 
RL mesmo utilizando um diodo zener de alta potência? 
 
8) O que se deve fazer para regular a tensão numa carga RL que drena um alto valor 
de corrente? 
 
9) a) Analise o circuito abaixo variando a tensão de entrada de 0V a 20V. 
 
 
b) Considere o diodo zener ideal com VZ = 10V, VLED = 2V e dê o valor da tensão de 
entrada para o qual começa a ter corrente no circuito. 
 
c) Qual o valor da tensão de entrada para uma corrente de 10mA no circuito? 
 
 
 
Ivair José de Souza