diodo zener ivair 2018 sem1 Ivair

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 Ivair José de Souza 
Professor: 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 pode ser danificado ao 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 PZmax 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. 
IZmax = PZ max / VZ 
IZmax = 1 W / 10V 
Izmax = 100mA 
 
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 Ivair José de Souza 
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 
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 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, R= 220Ω 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= 800 10V 15V 68 mA 12,5 mA 55,5 mA 
RL= 500 10V 15V 68 mA 20 mA 48 mA 
 
Sendo IZ min = 10 mA e Izmax = 100 mA tem-se que 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. 
 
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 e 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 poderá ser danificado). 
 
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 poderá ser danificado). 
 
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 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 
 
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 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 nasaída do retificador de onda completa com filtro a capacitor. 
 
 
 
 
 
Considerações sobre o regulador de tensão R-Z 
 
Não é adequado para circuitos que exigem “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 é constante com ou sem carga RL. 
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. 
 
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 Ivair José de Souza 
Limitador de tensão com diodo zener 
 
 
 
Funcionamento 
 
O diodo zener tem a característica de manter a tensão em seus terminais praticamente constante 
mesmo havendo variação de corrente no mesmo. 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. 
O diodo retificador barra os semiciclos negativos e se o mesmo entrar em curto a tensão na saída no 
semiciclo positivo ficará limitada no valor de VZ e no semiciclo negativo terá o valor de –0,7V 
 
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. 
 
 
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. 
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 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 . 
 
 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
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 Ivair José de Souza 
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, no circuito acima, a 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 mínimo da 
tensão de entrada que ainda mantém o LED acionado. 
 
c) Qual o valor da tensão de entrada para uma corrente de 10mA no circuito? 
 
 
 
 
Direitos autorais: Ivair José de Souza