Relatóro Diodo Zener

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ELETRÔNICA BÁSICA - Laboratório
2
4º SEMESTRE | ENGENHARIA ELÉTRICA
RELATÓRIO DE 
ELETRÔNICA BÁSICA
AULA PRÁTICA 2
TÍTULO: Diodo Zener e Circuitos Reguladores de Tensão
INTEGRANTES:
DATA: 11/10/2017
LIMEIRA - SP
AULA PRÁTICA 2
TÍTULO
Diodo Zener e Circuitos Reguladores de Tensão.
 OBJETIVO
Verificar o funcionamento do circuito regulador de tensão do tipo paralelo com Diodo Zener.
 INTRODUÇÃO TEÓRICA
 Especificações gerais sobre Diodo Zener
Os diodos tradicionais têm como característica principal permitir a condução de corrente elétrica apenas quando são polarizados diretamente, de modo que ao serem polarizados reversamente a condução é interrompida. Se o valor da tensão reversa ultrapassar um certo valor de ruptura, o componente é danificado por efeito Joule. 
O diodo zener, ao contrário do que ocorre com o diodo comum, é fabricado para justamente trabalhar com polarização reversa.
 
Figura 1							Figura 2
Figura 1: Símbolos do diodo zener; 
Figura 2: Diodo utilizado em laboratório (BZX-85C);
Curva Característica
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 se for construído em silício.
Na região de ruptura a tensão no diodo zener, praticamente, mantém-se constante no valor de 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 . Conhecendo os valores de e , obtidos do fabricante, calcula-se . é a máxima potência que o diodo zener pode dissipar. Exemplo: para um diodo zener com: e , tem-se:
Diodo BZX-85C
Datasheet do diodo utilizado nesta aula prática:
Abaixo temos algumas características de acordo com o modelo do diodo. O modelo utilizado em laboratório foi o BZX85 C6V2 com .
MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
Protoboard;
Resistores
33 Ω;
56 Ω; 
220 Ω;
1 kΩ;
1,2 kΩ; 
4,7 kΩ; 
6,8 kΩ; 
8,2 kΩ; 
10 kΩ.
Diodo zener (6,2 V / 1,3 W);
Multímetro;
Amperímetro;
Gerador de tensão contínua;
Fios para ligação.
 PROCEDIMENTOS
Nesta aula foram montados 3 circuitos diferentes, iremos mostrar a seguir cada caso comparando resultados ideais (calculados) com os resultados reais (medidos em laboratório).
Caso 1
No primeiro caso montamos um circuito que varia de 0V a 9V, com RS=1,2 kΩ, RL=1 kΩ, e o diodo zener de 6,2V/ 1,3W como podemos ver a seguir:
Primeiramente, é necessário retirar o diodo zener e medir as tensões em RS e RL a fim de obter o valor mínimo da fonte para que o zener funcione como regulador de tensão. Neste caso, ao variarmos a fonte, obtivemos os seguintes resultados, ideal (calculado) e real (medido):
	Vcc (V)
	VRS - 1,2kΩ (V)
	VRL - 1kΩ (V)
	
	IDEAL
	
	IDEAL
	REAL
	IDEAL
	REAL
	
	Req (Ω)
	I total (mA)
	1
	0,545
	0,540
	0,455
	0,450
	
	2200
	0,455
	2
	1,091
	1,090
	0,909
	0,920
	
	2200
	0,909
	3
	1,636
	1,640
	1,364
	1,380
	
	2200
	1,364
	4
	2,182
	2,170
	1,818
	1,820
	
	2200
	1,818
	5
	2,727
	2,780
	2,273
	2,280
	
	2200
	2,273
	6
	3,273
	3,260
	2,727
	2,740
	
	2200
	2,727
	7
	3,818
	3,830
	3,182
	3,220
	
	2200
	3,182
	8
	4,364
	4,350
	3,636
	3,660
	
	2200
	3,636
	9
	4,909
	4,880
	4,091
	4,100
	
	2200
	4,091
Ao analisarmos o circuito podemos definir que o valor de RL seria o mesmo valor de tensão aplicado ao zener, porém, ao variarmos a fonte até 9V, o valor máximo de RL que obtemos é de 4,54 V, ou seja, ao inserir o zener no circuito ele não iria funcionar como regulador de tensão, pois, a tensão mínima para que esse modelo utilizado funcione é de 6,2 V. Abaixo temos a simulação com valores ideais desse circuito com Vcc = 9V:
Caso 2
Nesse segundo caso analisamos o valor de RS necessário para que o diodo zener utilizado (6,2V/ 1,3W) funcionasse como regulador de tensão. Adotamos RL com o mesmo valor, 1kΩ.
De acordo com as especificações do datasheet do zener, conseguimos obter os seguintes resultados:
Com esses valores podemos definir os valores máximo e mínimo de RS para que o circuito funcione conforme esperado.
De acordo com essas informações iremos adotar um valor comercial de resistor de acordo com a média entre os valores máximo e mínimo:
Adotamos o valor do resistor RS como 56 Ω.
Simulando o circuito com o novo valor de RS, e sem o zener obtemos os seguintes resultados:
	Vcc (V)
	Req (Ω)
	I total (A)
	VRS (V)
	VRL (V)
	1
	1056
	0,000947
	0,053
	0,95
	2
	1056
	0,001894
	0,106
	1,89
	3
	1056
	0,002841
	0,159
	2,84
	4
	1056
	0,003788
	0,212
	3,79
	5
	1056
	0,004735
	0,265
	4,73
	6
	1056
	0,005682
	0,318
	5,68
	7
	1056
	0,006629
	0,371
	6,63
	8
	1056
	0,007576
	0,424
	7,58
	9
	1056
	0,008523
	0,477
	8,52
Ou seja, como queremos que a carga tenha 6,2V, podemos concluir que o circuito com o zener iria começar a funcionar como regulador de tensão quando a fonte estiver entre 6V e 7V. 
	Vcc
	Req
	I total (A)
	VRS
	VRL
	6,00
	1056
	0,005682
	0,32
	5,68
	6,10
	1056
	0,005777
	0,32
	5,78
	6,20
	1056
	0,005871
	0,33
	5,87
	6,30
	1056
	0,005966
	0,33
	5,97
	6,40
	1056
	0,006061
	0,34
	6,06
	6,50
	1056
	0,006155
	0,34
	6,16
	6,55
	1056
	0,006203
	0,35
	6,20
	6,60
	1056
	0,006250
	0,35
	6,25
	6,70
	1056
	0,006345
	0,36
	6,34
O valor de Vcc mínimo para que o circuito comece a funcionar com o zener como regulador de tensão é de 6,55V. 
Sabendo que a corrente total máxima suportada para que o diodo não queime é de , podemos descobrir a máxima tensão que a fonte pode ter.
Primeiramente calculamos a queda de tensão no resistor RS utilizando o valor máximo de corrente:
E depois calculamos o valor total da fonte:
Simulando o circuito com Vcc = 9 V temos a seguinte situação:
Comparando com os valores obtidos em no laboratório temos a seguinte tabela:
	
	Vcc (9V)
	
	IDEAL
	REAL
	VRS - 56Ω (V)
	2,74
	1,82
	VRL - 1kΩ (V)
	6,26
	7,11
	Vz (V)
	6,20
	6,28
	Iz (mA)
	42,7
	36,3
Caso 3
Nesse caso deixamos a fonte fixa em 9V e variamos a carga entre 200 Ω e 20 kΩ, com um novo valor de RS.
Primeiro calculamos os novos valores de RS, através do valor máximo e mínimo:
De acordo com essas informações iremos adotar um valor comercial de resistor de acordo com a média entre os valores máximo e mínimo:
Adotamos o valor do resistor RS como 33 Ω.
Tendo o valor de RS, escolhemos aleatoriamente 5 valores de carga variando entre 200Ω e 20 kΩ. Os valores adotados foram: 220 Ω, 4,7kΩ, 6,8kΩ, 8,2kΩ e 10kΩ. A seguir temos as fotos durante a realização das medições:
Figura 3 - Medição de Iz
Figura 4- Medição de Vz
Figura 5- Medição da tensão em RL
Figura 6 - Medição da tensão em RL
Abaixo temos a simulação de cada circuito, e uma tabela com a comparação entre os valores ideias e reais.
220 Ω
	
	Vcc (9V)
	
	IDEAL
	REAL
	 - 33Ω (V)
	2,80
	3,10
	 - 220Ω (V)
	6,20
	5,89
	(V)
	6,20
	5,89
	 (mA)
	84,80
	93,90
	 (mA)
	28,20
	26,80
	 (mA)
	56,70
	67,10
4,7 kΩ
	
	Vcc (9V)
	
	IDEAL
	REAL
	 - 33Ω (V)
	2,80
	3,06
	 – 4,7kΩ (V)
	6,20
	5,94
	(V)
	6,20
	5,94
	 (mA)
	84,80
	92,80
	 (mA)
	1,30
	1,26
	 (mA)
	83,50
	91,60
6,8 kΩ
	
	Vcc (9V)
	
	IDEAL
	REAL
	 - 33Ω (V)
	2,80
	3,06
	 – 6,8kΩ (V)
	6,20
	5,94
	(V)
	6,20
	5,94
	 (mA)
	84,80
	92,80
	 (mA)
	0,912
	0,873
	 (mA)
	83,9091,90
8,2 kΩ
	
	Vcc (9V)
	
	IDEAL
	REAL
	 - 33Ω (V)
	2,80
	3,06
	 – 8,2kΩ (V)
	6,20
	5,94
	(V)
	6,20
	5,94
	 (mA)
	84,80
	92,80
	 (mA)
	0,756
	0,724
	 (mA)
	84,10
	92,10
10 kΩ
	
	Vcc (9V)
	
	IDEAL
	REAL
	 - 33Ω (V)
	2,80
	3,06
	 –10kΩ (V)
	6,20
	5,94
	(V)
	6,20
	5,94
	 (mA)
	84,80
	92,80
	 (mA)
	0,620
	0,594
	 (mA)
	84,20
	92,20
 COMENTÁRIOS E CONCLUSÃO
De acordo com os resultados obtidos, podemos concluir que variando o valor da carga, mantendo a tensão de entrada constante em 9V, podemos comprovar nossos cálculos, com uma pequena variação entre os valores calculados e medidos.
A seguir temos os gráficos – ideal e real – demonstrando a variação de tensão e corrente no zener, conforme variação da carga:
	IDEAL
	Vcc (9V)
	RL
	(V)
	 (mA)
	220
	6,20
	56,70
	4700
	6,20
	83,50
	6800
	6,20
	83,90
	8200
	6,20
	84,10
	10000
	6,20
	84,20
	REAL
	Vcc (9V)
	RL
	(V)
	 (mA)
	220
	5,89
	67,10
	4700
	5,94
	91,60
	6800
	5,94
	91,90
	8200
	5,94
	92,10
	10000
	5,94
	92,20
Potência Dissipada nos Resistores:
REFERÊNCIAS
<http://www.novaeletronica.com.br/ferramentas_online/cores-de-resistor-online.php?result=33 > Acesso em 08/10/2017.
<http://labdeeletronica.com.br/diodo-zener-funcionamento/> Acesso em 08/10/2017.
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAABqI0AJ/diodo-zener> Acesso em 08/10/2017.
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfGr0AL/trabalho-eletronica-basica?part=5> Acesso em 08/10/2017.
<http://baudaeletronica.blogspot.com.br/2011/09/circuitos-com-diodo-zener.html> Acesso em 08/10/2017.
<https://sites.google.com/site/faetecjln/home/livros-tcnicos/dispositivos-eletronicos---boylestad> Acesso em 08/10/2017.