Diodo Zener seus conceitos, parâmetros, exemplos e modelo de aplicação

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@malu.eng 
 
O diodo zener é um tipo especial de diodo muito utilizado em fonte de tensão e regulação de tensão. Ele foi 
otimizado para operar na região de ruptura reversa (disrupção) da curva do diodo sem queimar. 
Conforme a sua fabricação ele possui uma tensão de ruptura reversa com um valor bastante exato, que vai ser 
praticamente constante em função de uma variação de corrente. Essa característica é permite a utilização em 
fontes de tensão. A sua curva é similar ao de um diodo comum. 
 
 
Os principais parâmetros para especificar um zener são: 
❖ [Vd] Tensão de condução na polarização direta; 
❖ [Vz] Tensão Zener, tensão de regulação; 
 Existe uma tolerância nesse valor; 
❖ [Izmax] Corrente zener máxima, dada em função da potência máxima do componente; 
 Não é especificado; 
❖ [Izmin] Corrente zener mínima, definida pelo projetista; 
 Normalmente está especificado; 
 Pode ter outros símbolos, como por exemplo Izk; 
❖ [Pzmax] Potência zener máxima, baseada na temperatura máxima do componente; 
Fórmula da potência máxima 
 
 
Pz = VzIz 
@malu.eng 
 
A aplicação demonstrada representa o diodo sendo um regulador de tensão. 
 
Nesse circuito existe uma fonte com um valor não estável, que pode ser uma bateria ou uma saída de retificador, 
e ela precisa ser regulada para um valor continuo através do diodo. 
Análise do circuito 
❖ Na sua composição temos: 
 Um diodo zener com a polarização reversa com isso a corrente vai passar de maneira reversa; 
 Um resistor em série, que precisa ser projetada; 
 Uma carga em paralelo representada por uma resistência de carga; 
 Uma fonte de tensão variável; 
❖ Independentemente do valor de Icarga vai passar uma corrente zener que provoca uma queda de tensão 
no resistor Rs e que com isso vai regular a tensão e manter ela em um valor estável; 
❖ A corrente no diodo vai variar entre Izmin e IZmax em função dos valores de carga; 
❖ Rs precisa ter um valor não muito alto, de forma a permitir uma queda de tensão muito elevada, e nem 
muito baixo, que deixa a corrente zener passar do valor máximo; 
Como especificar os valores 
1. Especifica-se o valor de Vz pegando um valor próximo da tensão desejada, e com isso encontra IZmin e 
IZmax; 
2. Encontrar o valor de Rs 
 Rsmax e Rsmin é achado através da fórmula abaixo, e com isso é pego um número entre esses 
dois para ser o valor de Rs; 
Rsmax =
Vinmin−Vz
Izmin+Icargamax
 e Rsmin =
Vinmax−Vz
Izmax+Icargamin
 
 
 
Com esse passo já temos o regulador projetado 
@malu.eng 
 
 
Exemplo 1 
Suponha que uma carga com consumo fixo de 50 mW em 4,5 V, alimentado por uma bateria, com tensão de 
operação entre 10,9 V e 14 V. Projete um regulador de tensão usando o diodo zener de 4,5 V com IZmax de 10 
mA, IZmin de 1 mA. 
1º Encontrar a corrente de carga 
𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 
50𝑚𝑊
4,5𝑉
 → 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 0,011𝐴 
2º Encontrar Rsmax e Rsmin 
Rsmax =
10,9 − 4,5
1 × 10−3 + 11 × 10−3
 → 𝑅𝑠𝑚𝑎𝑥 = 533Ω 
Rsmin =
14 − 4,5
10 × 10−3 + 11 × 10−3
 → 𝑅𝑠𝑚𝑖𝑛 = 452Ω 
3º Determinar o valor de Rs 
Um valor comercial para Rs entre 452 Ω e 533 Ω é 470Ω. 
 
Exemplo 2 
A fonte de tensão disponível pode variar entre 9 V e 10 V. Projete um regulador com zener para alimentar um 
circuito em 5,1 V, com consumo de entre 10 mA e 15 mA. Dados do zener: Vz de 5,1 V, com IZmax de 20 mA e 
IZmin de 1 mA. 
Rsmax =
9 − 5,1
1 × 10−3 + 15 × 10−3
 → 𝑅𝑠𝑚𝑎𝑥 = 244Ω 
Rsmin =
10 − 5,1
20 × 10−3 + 10 × 10−3
 → 𝑅𝑠𝑚𝑖𝑛 = 163Ω 
O valor correto do resistor Rs estaria entre 163Ω e 244Ω, que poderia ser 180Ω ou 220Ω. 
a) Escolha um valor comercial e calcule a potência máxima do diodo (Pior Caso) 
Izwc = 
(10 − 5,1)
220
− 10x103 → Izwc = 12,2mA 
Pzwc = 5,1 × 12,2 → Pzwc = 63mW 
@malu.eng 
 
 
b) Pegue o mesmo valor comercial de a e calcule a potência dissipada pelo resistor Rs (Pior Caso) 
A potência pode ser calculada considerando a maior tensão aplicada nele. 
Pmax = 
(10 − 5,1)2
220
 → Pmax = 109 mV 
 
Para resolver problemas que tenham diodo zener pode ser utilizado o modelo de efeito das não idealidades. 
Características 
❖ Representado por um resistor (Rz) e por uma tensão (Vz) em série; 
❖ Dependendo da corrente que circula no resistor a tensão no terminal do zener vai subir um pouco; 
❖ Essa resistência provoca uma ondulação na tensão, que pode ser calculado usando a fórmula abaixo; 
𝑉𝑧𝑝𝑝 = 𝑅𝑧 (𝐼𝑚𝑎𝑥 − 𝐼𝑚𝑖𝑛) 
❖ A tensão zener é influenciada pela temperatura de operação do componente; 
❖ Dependendo do diodo zener com o aumento de temperatura ele pode aumentar a tensão ou diminuir, 
isso está informado nas especificações dele; 
Exemplo 
Foi utilizado o diodo zener NZ9F9V1ST5G para construir uma fonte regulada série que opera em uma 
temperatura ambiente entre 0 ◦C e 50 ◦C, com IZmax = 15 mA e IZmin = 5 mA, faixa variação da tensão zener 
devido a temperatura e a ondulação provocada pela excursão da corrente entre IZmax mA e IZmin. Da folha de 
dados do componente são obtidos alguns valores: 
❖ Tensão zener nominal 25 ºC  VZnom = 9,1 V; 
❖ Coeficiente térmico  dVz/dT = 7 mV/◦C; 
❖ Resistência Zener  Rz = 30 
 
Tensão zener na temperatura máxima 
Vtmax = 9,1 + (50 − 25)7 × 10
3 → Ttmax = 9,27V 
@malu.eng 
 
 
Tensão zener na temperatura mínima 
Vtmin = 9,1 + (0 − 25)7 × 10
3 → Ttmax = 8,97V 
Ondulação da tensão do zener 
Vzpp = 30(15 − 5) × 10
3 → Vzpp = 0,3V 
 
❖ O valor de tensão no diodo zener possui uma variação em vários aspectos, como pela temperatura, 
carga, e a própria tolerância do equipamento; 
❖ Normalmente ele é usado para regulação de tensão em circuito simples, que não necessitam de uma 
regulação muito fina, e pode até ser usado como pré-regulador; 
❖ Em um projeto todos os valores encontrados anteriormente precisam ser achados para que ele seja 
dimensionado corretamente;