MÓDULO 4 - DIODOS ZENER

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Figuras do módulo 4
 
Diodo Zener; Características físicas e elétricas; Circuito estabilizador de tensão; Circuitos limitadores de tensão.
 
 
 
Características físicas e elétricas:
 
 VER FIGURA 1
 
 É uma junção PN de silício dimensionada para suportar a corrente reversa após o efeito avalanche, sem causar ruptura.
 
 Na polarização direta, o zener é similar a um diodo retificador, conduzindo após Vd = 0,6V.
 
 Na polarização reversa, até se atingir a tensão de zener Vz, a corrente reversa é mínima, limitada pela corrente de fuga.
 
 Ao atingir Vz, a tensão permanece constante, para a faixa entre Iz mínima e Iz máxima.
 
 Portanto, na região de avalanche o zener se comporta como um estabilizador de tensão.
 
 O grau de dopagem e a área do cristal de silício definem a tensão de zener e a corrente reversa máxima.
 
 VER FIGURA 2
 
 
 
Zener em corrente contínua:
 
 Pd = Vz.Izmáx
 
 Rz = ΔVz/ΔIz
 
Vz: Tensão de zener
 
Izmáx: Corrente de zener máxima
 
Izmín: Corrente de zener mínima
 
Pd: Potência dissipada máxima
 
Rz: Resistência do zener
 
Em um circuito série, deve ser ligado com uma resistência para limitar a corrente Iz abaixo de Izmáx.
 
 Rs = (E – Vz)/Iz
 
Rs: Resistor série
 
E: Tensão da fonte
 
 
 
Circuito Estabilizador de Tensão:
 
 VER FIGURA 3
 
 É formado pela resistência limitadora Rs e pelo diodo zener.
 
 O cálculo de Rs deve levar em consideração a Carga RL que se pretende alimentar pois, ela pode ser variável.
https://online.unip.br/Arquivo?id=28815.PDF
 
 Irs = Iz + IL onde Izmín < Iz < Izmáx
 
 Por kirchoff temos: E = Rs.(Iz + IL)+Vz
 
 Considerando todos os limites mínimos e máximos da tensão de entrada E (Emin e Emax), da corrente de zener Iz (Izmin e Izmax) e da corrente de carga IL (ILmin e ILmax) te
 
 Rsmin = (Emax – Vz)/(Izmax + ILmin)
 
 Rsmax = (Emin – Vz)/(Izmin + ILmax)
 
 O resistor Rs adotado deve ser o comercial mais próximo de Rsmáx com potência nominal pelo menos 50% maior que a máxima
 
 PRSmáx = (Emáx – Vz)2/RSadotado
 
 
 
Limitadores de Tensão:
 
 Sua função é limitar uma tensão de entrada num valor pré-determinado.
 
 Limitador positivo: VER FIGURA 4
 
 Limitador Negativo: VER FIGURA 5
 
· Limitador duplo:
 
Rs deve ser dimensionado para que a corrente Izmax não seja atingida com a máxima tensão de entrada.
 
A maior aplicação é na proteção contra sobretensão em circuitos de baixa tensão.
 
 VER FIGURA 6
 
 
 
Exercícios Resolvidos:
 
1) Um diodo zener com tensão de zener de 15 V e potência de zener máxima de 0,5W é ligado em série a uma fonte de tensão contínua de 40 V e a um resistor série. Assinale a
 
a) 100?
 
b) 470?
 
c) 750?
 
d) 1000?
 
e) 2200?
 
 
 
Resolução:
 
Iz max = Pz max / Vz = 33,3 mA
 
Rs min = (E - Vz)/ Iz max = 750,7 ?
 
 
 
2) Projete um regulador a zener para tensão de entrada E = 25V ± 5%; A carga deve receber entre 0 e 10 mA com tensão de saída Vs = 15 V. O zener escolhido possui Izmáx = 70 mA; Vz = 1
 
 
 
Resolução:
 
Emax = 25 + 1,25 = 26,25V
 
Emin = 25 - 1,25 = 13, 75V
 
Rsmin = (Emax - Vz)/(Izmax + ILmin) = 160,7 Ω
 
Rsmax = (Emin - Vz)/(Izmin + ILmax) = 324 Ω
 
Rs adotado = 270 Ω
 
PRs = (Emax - Vz)2/Rs adotado = 0,46875 x 1,5 = 0,703W
 
Rs adotado = 270 Ω/ 1W 
Exercício 1:
Um zener tem 15V aplicados sobre ele com uma corrente de 20 mA. Qual a potência dissipada?
A)
0,1 W
B)
0,2 W
C)
0,3 W
D)
0,4 W
E)
0,5 W
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(C)
Comentários:
A) 
B) 
C) 
Exercício 2:
Se um zener tiver uma especificação de potência de 5W e uma tensão de zener de 20 V, qual será sua corrente máxima?
A)
0,25 A
B)
0,30 A
C)
0,35 A
D)
0,40 A
E)
0,45 A
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(A)
Comentários:
A) 
Exercício 3:
Um zener tem resistência de 5Ω. Se a corrente varia de 10 a 20 mA, qual a variação de tensão através do zener?
A)
10 mV
B)
20 mV
C)
30 mV
D)
40 mV
E)
50 mV
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(E)
Comentários:
A) 
B) 
C) 
D) 
E) 
Exercício 4:
Uma variação de corrente de 2 mA por um diodo zener produz uma variação de tensão de 15 mV. Qual o valor de sua resistência?
A)
6,5 Ω
B)
7,5 Ω
C)
8,5 Ω
D)
9,5 Ω
E)
12 Ω
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
A) 
B) 
Exercício 5:
Um diodo zener com Vz de 15V/0,3W é ligado em série a uma fonte de 40 V e a um resistor série. Qual deve ser o menor valor de Rs que garante o seu funcionamento?
A)
1000 Ω
B)
1250 Ω
C)
1500 Ω
D)
1750 Ω
E)
2000 Ω
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
A) 
B) 
Exercício 6:
Levando-se em consideração as características intrínsecas do diodo Zener, a tensão na carga é aproximadamente constante quando o diodo Zener está:
A)
não polarizado
B)
reversamente polarizado
C)
diretamente polarizado
D)
operando na região de ruptura
E)
operando na região de amplificação
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(D)
Comentários:
A) 
B) 
C) 
D) 
Exercício 7:
Qual das correntes permanece aproximadamente constante, quando a tensão da entrada do regulador zener aumenta?
A)
a corrente no resistor limitador de corrente
B)
a corrente na resistência interna da fonte
C)
a corrente no diodo zener
D)
a corrente na carga
E)
a corrente total do circuito
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(D)
Comentários:
A) 
B) 
C) 
D) 
Exercício 8:
Se um diodo zener for conectado com polaridade trocada num dado circuito alimentado por uma tensão de 12 V, a tensão na carga ficará próxima de:
A)
0 V
B)
0,7 V
C)
2,4 V
D)
3,3 V
E)
12 V
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
A) 
B)