P1A04.2 Zener

1 E l e t r ô n i c a A A u la 0 4 . 2 \u2013 D io do s e sp e c ia is ( P a r t e 2 : D io do Ze n e r , R eg u l a d o r e s , A rr a y s d e d i o d o s , T e st e d e d io d o ) Univer sidade T ecnológica Feder al do Paraná Câmpus Pato Br anco Disciplina: Eletrônica A (EL25EL/EL25 CP) Prof essor Diog o V argas C o nt eú d o p ro gr am át i c o EMENT A CONTEÚDO 1. T eoria de semicondutores 1. Estrutura A tômica; Modelo de Bohr; 2. Materiais Semicondutores Intrínsecos e Extrínsecos P e N; 3. Material Semicondutor Extrínseco submetido a energias externas; 4. Propriedades da Junção PN; 5. Equacionamento. 2. Dispositivos Semicondutores 1. Introdução aos dispositivos semicondutores; 2. Principais tipos e s uas aplicações. 3. Diodos Semicondutores e suas Aplicações 1. Caract erísticas do diodo PN; 2. Curva Car acterística V xI; F olha de Especificação; Características dinâmicas: capacitância de transição e tempo de recuperação reversa; 3. Modelos Matemáticos de Análise dos diodos; Equação do Diodo; Reta de Carga; 4. Retificador es; Grampeador es e Limitador es; Multipl icadores de Tensão; 5. Diodo Emissor de Luz ; 6. Diodo Zener; 7. Reguladores. 4. T ransistor es Bipolares de Junção, Polarização e Aplicações. 1. Estrutura e princípio de funcionamento; Folha de Especificação; 2. Configurações BC, EC e CC e suas características; 3. Polariz ações DC e operação como chave; 4. Aplicações. 5. T ransistor es de Ef eito d e Campo, Polarização e Aplicações. 1. Estrutura e princípio de funcionamento; 2. MOSFET de depleção e de intensificação; Configur ações e suas caract erísticas; 3. Folha de Especificação; 4. Polariz ações; 5. VMOS; CMOS; 6. Aplicações. UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 2 S um á ri o Diodos especiais 1. Diodo emissor de luz (LED) 2. Fotodiodo 3. T ensão Z ener 4. Diodo Zener UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 3 3 . T e n s ã o Ze n e r \ue001 T ensão de polarização reversa (V Zener ) \ue001 T ensão Zener . \ue002 Ocorre quando um poten cial de te nsão é tão alto que energiza os elétrons da camad a de v alência, que desligam-se dos átomos d o material s emicondutor , e causa uma cor rente r ev ersa elevada. \ue001 Corr ente de avalanche. \ue002 Ocorre com tensões da ordem de 100 0 V . \ue001 Diodos Zener (diodo especial) \ue002 Produzidos pa ra obter V Zener ma is baixos. UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 4 2 4 . D i od o z e n e r \u2022 São diodos pr ojetados para opera r na r egião de ruptura , onde gr andes va riações de c or ren te pr oduzem pe quenas varia ções de t ensão, \u2022 Ou seja, oper am como r eguladores de tensão . \u2022 Note que um d iodo Zener é proje tado par a conduzir no sentido inver so de um diodo comum. UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 6 ir - + 4 . D i od o z e n e r Analisando o gráfic o, t emos que: \u2022 A região de tr abalho do diodo Zener es tá compreendi da entr e IZmín (menor corr ent e que manté m a r egulagem) \u2022 IZmáx (máxima cor ren te ant es de ocorr er a destruiç ão do compone nte por ef eito Joule = cal or) UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 7 4 . D i od o z e n e r Analisando o gráfic o, t emos que: \u2022 VZmáx , VZnom e Vzmin sã o valore s muito pr óximos, \u2022 Podemos c onsider ar todo s iguais à V znom (simplific ação prát ica de projet o!) UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 8 P ro je t o c o m D i od o z e n e r Analisando o gráfic o, t emos que: \u2022 O projeto de um regulador utilizando diodo Zener é f eito atr av és da máx ima potência desse ( PZmáx ) . \u2022 Em ger al , pode mos estimar IZm ín por (regr a pr ática de projeto): UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 9 \ue001\ue002\ue003\ue004\ue005 = \ue007\ue002\ue003\ue004\ue005. \ue009\ue002\ue003\ue004\ue005 \u2248 \ue007\ue002\ue00b\ue00c\ue003. \ue009\ue002\ue003\ue004\ue005 \ue009\ue002\ue003\ue004\ue005 = \ue001\ue002\ue003\ue004\ue005 \ue007\ue002\ue003\ue004\ue005 \u2248 \ue001\ue002\ue003\ue004\ue005 \ue007\ue002\ue00b\ue00c\ue003 \ue009\ue002\ue003\ue00d\ue00b \u2248 \ue009\ue002\ue003\ue004\ue005 \ue00e\ue00f 3 D i o d o ze n e r c o m e r c i a l Diodos Zener c omerciais: \u2022 1N4729A par a 3,6V \u2022 1N4730A par a 3,9V \u2022 1N4735A par a 6,2V V alores de tensão: \u2022 De 1,8V at é 200V V alores de potência: \u2022 0,25W , 0,5W , 1W , 5W , 10W e 50W . \u2022 A maioria dos diodos Zener são fabric ados em silício. UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 10 D i o d o ze n e r c o m e r c i a l Diodos Zener c omerciais: \u2022 1N4729A par a 3,6V \u2022 1N4730A par a 3,9V \u2022 1N4735A par a 6,2V V alores de tensão: \u2022 De 1,8V at é 200V V alores de potência: \u2022 0,25W , 0,5W , 1W , 5W , 10W e 50W . \u2022 A maioria dos diodos Zener são fabric ados em silício. UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 11 R e g u l a d or d e t e n s ã o Ex emplo de circuito regulador de tensão com diodo z ener: UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 12 R e g u l a d or d e t e n s ã o Ex emplo de circuito regulador de tensão com diodo z ener: A resist ência RS deve ser dimensionada considerando: \u2022 que o circuit o mantenha a regulação mesm o que a carga v arie entre um máximo e um mínimo; \u2022 e ao mesmo tempo a t ensão de entrada va rie entre dois li mites (Vemáx e V emín); \u2022 e a potência dissipada no Z ener não ex ceda o limite (PZmáx). UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 13 4 E x e r c í c i os 1) Qual a má xima e mínima corren te de um diodo z ener 1N473 5A de 1W? UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 14 E x e r c í c i os 1) Qual a má xima e mínima corren te de um diodo z ener 1N473 5A de 1W? Soluçã o: \u2022 1N473 5A tem VZnom= 6,2V \u2022 Sabemos que a potência é de 1W \u2022 Logo a corr ente será IZ máx= 1W/6,2V =161mA \u2022 Vimos que a c orrente mín ima é 10 vez es menor que a corren te m áxima, assim t emos: Izmin = 16,1mA UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 15 E x e r c í c i os 2) O que oc orre se agor a utilizarmos o mesmo diodo (z ener 1N473 5A) porém de 0,5W? UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 16 E x e r c í c i os 2) O que oc orre se agor a utilizarmos o mesmo diodo (z ener 1N473 5A) porém de 0,5W? Soluçã o: \u2022 1N473 5A tem VZnom= 6,2V \u2022 Sabemos que a potência é de 0,5W \u2022 Logo a corr ente será IZ máx= 0,5W/6,2V =80mA \u2022 Vimos que a c orrente mín ima é 10 vez es menor que a corren te m áxima, assim t emos: IZmin = 8mA UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 17 5 E x e r c í c i os 3) P ar a o exemplo anterior (diodo z ener 1N4 735A de 0,5W). Determine os limites de RL par a que que o diodo zener oper e na região de r egulação. UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 18 E x e r c í c i os 3) P ar a o exemplo anterior (diodo z ener 1N4 735A de 0,5W). Determine os limites de RL par a que que o diodo zener oper e na região de r egulação. Soluçã o: \u2022 Já sabemos que: IZmáx=80mA e Izmin = 8mA \u2022 VZnom =6,2V \u2022 Corrent e no resis tor Rs será : \ue009 \ue010 = \ue00e\ue011\ue007\ue012\ue013,\ue011\ue007 \ue013\ue00f = \ue015\ue013, \ue013\ue003\ue016 \u2022 Limite inferior: Quando t iv ermos a menor c orrente zener (8mA) \u2022 Limite superior: Quando tiv e rmos a maior c orrente z ener (80mA) UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 19 E x e r c í c i os 3) P ar a o exemplo anterior (diodo z ener 1N4 735A de 0,5W). Determine os limites de RL par a que que o diodo zener oper e na região de r egulação. Soluçã o: \u2022 Limite inferior: Quando t iv ermos a menor c orrente zener (8mA) \u2022 Assim a corr ente na car ga ser á: \ue009 \ue017 = \ue015\ue013, \ue013\ue003\ue016 \u2212 \ue019 \ue003\ue016 = \ue019\ue019, \ue013\ue003\ue016 \u2022 E a car ga dev erá ser: \ue01a \ue017 = \ue013,\ue011\ue007 \ue019\ue019,\ue013\ue003\ue016 = \ue01b\ue00f\ue01c UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 20 E x e r c í c i os 3) P ar a o exemplo anterior (diodo z ener 1N4 735A de 0,5W). Determine os limites de RL par a que que o diodo zener oper e na região de r egulação. Soluçã o: \u2022 Limite superior: Quando tiv e rmos a maior c orrente z ener (80mA) \u2022 Assim a corr ente na car ga ser á: \ue009 \ue017 = \ue015\ue013, \ue013\ue003\ue016 \u2212 \ue019 \ue00f\ue003\ue016 = \ue00e\ue013, \ue013\ue003\ue016 \u2022 E a car ga dev erá ser: \ue01a \ue017 = \ue013,\ue011\ue007 \ue00e\ue013,\ue013\ue003\ue016 = \ue01d\ue01b\ue01d, \ue01e\ue01c UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 21 6 B i b li og r a f i a \u2022 BO YLEST AD, R obert & NASHELSKY , Louis . Dispositivo s Eletrôni cos e T eoria de Cir cuitos - Rio de Janeir o, Edit ora Pr entice-Ha ll do Bra sil Ltda; \u2022 MAL VINO , Albert P aul . Ele trônica. São P aulo, McGr aw-Hill do Bra sil. V ol. 1. \u2022 PINTO , Luiz Fernando T eixeir a & ALBUQUERQUE, R ômulo Oliveira. Eletr ônica: eletrônica a nalógica . Fu ndação P adre Anch ieta. São P aulo. 2011 . UTFPR @ Pato Branco - Eletr ônica A 22

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