diodo zener

Prévia do material em texto

DIODO ZENER
Um diodo zener é constituído por uma junção PN 
de material semicondutor (silício ou germânio) e por dois
terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K).
Figura 1 - Constituição e símbolo do diodo zener
K
K
K
A
Tensão de zener (VZ= 27 V)
A
A
Tensão de zener (VZ= 8,2 V)
O diodo Zener também conhecido como
diodo regulador de tensão, diodo de tensão
constante, diodo de ruptura ou diodo de
condução reversa é um tipo especial de diodo
utilizado essencialmente como regulador de
tensão. A sua capacidade de regulação de
tensão é empregada principalmente nas
fontes de alimentação, visando à obtenção
de uma tensão de saída fixa.
Diodo Zener que por construção, intencionalmente, opera na 
região de ruptura, ou seja, polarizado reversamente. Neste 
caso há dois fenômenos envolvidos, o efeito Zener e o efeito 
avalanche
Quando polarizado diretamente, o diodo zener
se comporta da mesma forma que um diodo retificador,
entrando em condução e assumindo uma queda de
tensão de 0,7V para o silício e 0,3V para o germânio.
Polarização Direta
Polarização Reversa
Até um determinado valor de tensão inversa, o diodo Zener
se comporta como um diodo comum, ficando em bloqueio.
No bloqueio, circula no diodo Zener uma pequena corrente
de fuga.
A partir de um certo valor de tensão aplicada ao diodo, haverá
choques dos elétrons livres com elétrons das ligações
covalentes, com possível retirada desses elétrons. Ocorrerá um
efeito multiplicativo, aumentando consideravelmente o número
de elétrons disponíveis para a condução de corrente. Esse efeito,
chamado Avalanche, faz com que a corrente aumente
rapidamente para qualquer novo acréscimo de tensão reversa
aplicada ao diodo.
Se ambos os lados da junção forem muito dopados, a região de
depleção será estreita. Isso faz com que os elétrons não tenham
condições de ganhar energia cinética suficiente para retirada de
outros elétrons das ligações covalentes. Porém o próprio campo
elétrico pode retirar os elétrons, fazendo com que haja um
aumento considerável da corrente para qualquer novo
acréscimo de tensão. Esse mecanismo chama efeito ZENER.
Para que o díodo zener estabilize a tensão nos seus terminais deve-
se ter em atenção o seguinte:
O díodo zener tem que se encontrar polarizado inversamente (A →−
e K → +).
A tensão de alimentação do circuito tem que ser superior à tensão
de zener (VZ) do díodo.
A carga ou cargas do circuito têm que estar ligadas em paralelo com 
o díodo zener.
Para que ocorra o efeito estabilizador de tensão é
necessário que o díodo zener trabalhe dentro da
zona de ruptura, respeitando-se as especificações
da corrente máxima.
500R
I
A corrente que circula pela resistência
limitadora é a mesma corrente que 
circula pelo díodo zener e é dada pela 
expressão:
I = (Vcc – VZ) / R
I = (15 – 10) / 500
I = 10 mA
Características técnicas
Variando-se o nível de dopagem dos díodos de silício, o fabricante pode produzir 
díodos zener com diferentes tensões de zener.
A utilização do díodo zener é limitada pelos seguintes parâmetros:
Vz – Tensão de zener (este valor é geralmente especificado para uma determinada
corrente de teste IZT)
IZM – Corrente de zener máxima
Izmin ou Izk Corrente de zener mínima ou corrente zener de teste(desconhecendo usar 
Izmin = = 10% IZM )
Pz – Potência de dissipação (PZ = VZ x IZ)
Desde que a potência não seja ultrapassada, o díodo zener pode
trabalhar dentro da zona de ruptura sem ser destruído.
REGULADOR DE TENSÃO COM ZENER
Regulador conectado a uma fonte de tensão contínua ideal e sem carga
O regulador de tensão com diodo zener é utilizado para manter
um nível de tensão constantena saída de uma fonte de
alimentação, independente das variações inerentes ao processo
de filtragem e a variações na corrente de carga.
Como a tensão VCC é maior que VZ, o zener
conduz corrente reversa e a tensão sobre seus terminais
permanece constante em VZ. A diferença entre VCC e VZ é
a queda de tensão sobre Rs. Assim, a corrente através de
Rs é dada por:
𝐼𝑅𝑠 =
𝑉𝑐𝑐 −𝑉𝑍
𝑅𝑆
=
10 −5
100
= 50𝑚𝐴
Como não há carga conectada à saída do regulador, IRs é
igual a IZ = 50mA
IZ = IR1 = 50 mA
Como Rs está diretamente ligado à operação do zener, nos
circuitos reguladores é designado como resistor zener
(RZ).
Regulador de tensão na saída de uma fonte de tensão variável
Quando a tensão na entrada do regulador é variável, IZ varia de
modo a manter VZ constante, e a queda de tensão sobre RZ
permanece igual a VCC– VZ.
Podemos determinar as correntes mínima e máxima 
através do zener:
𝐼𝑍𝑚𝑖𝑛 =
𝑉𝑐𝑐 −𝑉𝑍
𝑅𝑧
=
20 −10
820
= 12,2𝑚𝐴
𝐼𝑍𝑚á𝑥 =
𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑍
𝑅𝑧
=
40 − 10
820
= 36,6𝑚𝐴
O regulador está corretamente dimensionado se a corrente
mínima é igual ou próxima a zero e a corrente máxima é menor
que a máxima admissível pelo diodo, dada na sua folha de
características técnicas.
Regulador de tensão na saída de uma fonte de tensão variável e 
carga fixa
Neste circuito, a corrente IZ é igual a IRz menos IRL. Podemos 
calcular os valores mínimo e máximo de IZ:
𝐼𝑅𝐿=
𝑉𝑍
𝑅𝐿
=
10
500
= 20𝑚𝐴
𝐼𝑍𝑚𝑖𝑛 =
𝑉𝑐𝑐 −𝑉𝑍
𝑅𝑧
− 𝐼𝑅𝐿 =
12 −10
100
− 20𝑚𝐴 = 0 𝑚𝐴
𝐼𝑍𝑚á𝑥 =
𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑍
𝑅𝑧
− 𝐼𝑅𝐿 =
15 − 10
100
− 20𝑚𝐴 = 30𝑚𝐴
Logo, a potência máxima dissipada no zener é igual a:
PZ = VZ x IZmáx = 10 x 30 mA= 300 mW
E a corrente máxima em RZ é:
IRzmáx = IZmáx + IRL = (30 + 20) mA= 50 mA
Regulador de tensão na saída de uma fonte de tensão variável e 
carga variável
A corrente mínima no zener ocorre quando a tensão de entrada é 
mínima e a corrente na carga é máxima. Assim:
𝐼𝑍𝑚𝑖𝑛 =
𝑉𝑐𝑐𝑚𝑖𝑛−𝑉𝑍
𝑅𝑧
− 𝐼𝑅𝐿𝑚á𝑥 =
10−8
25
− 80𝑚𝐴 = 0 𝑚𝐴
E a corrente máxima:
𝐼𝑍𝑚á𝑥 =
𝑉𝑐𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑍
𝑅𝑧
− 𝐼𝑅𝐿𝑚𝑖𝑛 =
15 − 8
25
− 20𝑚𝐴 = 0,26𝑚𝐴
Logo, a potência máxima dissipada no zener é igual a:
PZ = VZ x IZmáx = 10 x 30 mA= 300 mW
E a corrente máxima em RZ é:
IRzmáx = IZmáx + IRL = (30 + 20) mA= 50 mA
Exercícios 
1 -BOYLESTAD, Robert; NASHELSKY, Louis. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. São Paulo: Pearson, 2005.
2 - CIPELLI, Antonio Marco Vicari ; MARKUS, Otávio; SANDRINI,Waldir João. Teoria e desenvolvimento de projetos de
circuitos eletrônicos. São Paulo: Érica, 2011.
3 - MALVINO, Albert Paul. Eletrônica. São Paulo: Pearson, 2010. v.1.
4 - BOURGERON, R. 1300 esquemas e circuitos eletrônicos. São Paulo: Hemus , 2006
5- CRUZ, Eduardo Cesar Alves; CHOUERI JR., Salomão. Eletrônica aplicada. São Paulo: Érica, 2010.
6- SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth Carless . Microeletrônica. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007.
7- SWART, Jacobus W. Semicondutores: fundamentos, técnicas e aplicações. São Paulo: UNICAMP, 2008.
8- TURNER, L.W. Eletrônica aplicada. São Paulo: Hemus ,2004.
9- https://www.slideshare.net/JADSONSANTOS3/aula4-reguladores
Bibliografia-