DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE FORMAÇÃO GERAL CURSO TÉCNICO INTEGRADO EM ELETRÔNICA

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Nos diodos zener há uma intensa dopagem o que torna a tensão de ruptura (Vz) bem menor que nos diodos convencionais, da mesma forma a área da junção é aumentada o que facilita a dissipação da potência.

5.2. funcionamento

O diodo zener tem esse nome em homenagem ao descobridor do fenômeno zener Clarence Melvin Zener(1905-1993), pois este trabalha em sua tensão de ruptura. Mas este também pode ser encontrado como diodo de condução reversa já que seu funcionamento não é baseado apenas no efeito zener, mas também no efeito avalanche. O diodo Zener pode funcionar polarizado diretamente ou inversamente. Quando está polarizado diretamente, funciona como outro diodo qualquer, não conduz enquanto a tensão aos seus terminais for inferior a 0,6 V (diodo de silício) e a partir desta tensão começa a conduzir, primeiro pouco e depois cada vez mais depressa, sendo não linear a curva de crescimento da corrente com a tensão. Por esse fato, a sua tensão de condução não é única, sendo considerada de 0,6 ou 0,7 V, no diodo Zener, por outro lado, ao atingir uma tensão chamada de Zener (geralmente bem menor que a tensão de ruptura de um diodo comum), o dispositivo passa a permitir a passagem de correntes bem maiores que a de saturação inversa, mantendo constante a tensão entre os seus terminais. Cada diodo Zener possui uma tensão de Zener específica como, por exemplo, 5,1 V, 6,3 V, 9,1, 12v e 24v. Quanto ao valor da corrente máxima admissível, existem vários tipos de diodo. O valor indicado é o da potência. Por exemplo, existem diodos Zener de 400 mW, 1W além de outros valores. O valor da corrente máxima admissível depende desta potência e da tensão de Zener. É por isso que o diodo Zener se encontra normalmente associado com uma resistência em série, destinada precisamente a limitar a corrente a um valor admissível.

[pic 2] (tabela de diodos zener comerciais)

O zener não pode exceder a corrente Iz máxima pois será danificado para sabermos qual a corrente máxima de um determinado zener basta termos os valores de potência nominal e da tensão zener, estes valores são fornecidos pelo fabricante. ou seja Izmax=Pzmax/Vz.

E para garantir que a corrente no zener nunca se eleve acima do esperado é necessário usar uma resistência em série para limitar a corrente no mesmo, essa resistência é dada pela equação Rs=Vin-Vz/Ilmin+Izmax.

5.3. Curva (IxV)

[pic 3]

5.4. Simbologia

[pic 4]

5.5. Aplicação

As principais aplicações podem ser definidas como: Estabilizar uma tensão de saída para uma carga fixa a partir de uma tensão de entrada constante; Estabilizar uma tensão de saída para uma carga variável a partir de uma tensão de entrada constante; Estabilizar uma tensão de saída fixa a partir de uma tensão de entrada com ripple; Estabilizar uma tensão de saída para uma carga variável a partir de uma tensão de entrada com ripple.

Nas duas primeiras aplicações pode se notar a estabilização em um valor menor da tensão de uma bateria ou uma fonte de alimentação já estabilizada, as duas últimas aplicações visam, principalmente, a estabilização de fontes de alimentação com ripple, considerando a característica da última aplicação, pode-se afirmar que se trata do caso mais geral, porque a tensão de entrada e a carga são variáveis.

Abaixo podemos ver o diagrama de uma fonte de alimentação estabilizada com carga variável:

[pic 5]

Para projetar reguladores de tensão para as quatro aplicações citadas acima, é preciso considerar as seguintes equações:

Equação da corrente de entrada

[pic 6]

Equação da tensão de saída

[pic 7]

Equação de regulação

[pic 8]

Para um regulador de tensão com carga, para o cálculo da resistência limitadora de corrente Rs, precisamos conhecer as demais variáveis do circuito, a saber: características da tensão de entrada (constante ou com ripple), características da carga (fixa ou variável), tensão de saída (valor desejado) e especificações do diodo Zener.

Desta forma faz-se necessária uma análise mais detalhada do circuito regulador de tensão quando neste é ligado uma carga.

[pic 9]

5.5.1. Exemplo de Aplicação

Exemplo 01 - Carga Fixa e Tensão de Entrada Constante:

[pic 10]

O valor Rs deve satisfazer as condições dadas pelas especificações do diodo zener.

Como RL e Vz são constantes, tem-se um valor mínimo para Is. Portanto a corrente zener mínima Izm é dada por :

Ism = Izm + IRL

Esta condição limita Rs a um valor máximo RSM, dado por:

VE = RSM.(Izm + IRL) + Vz ---> RSM = VE - Vz / Izm + IRL

Neste caso, tem-se um valor máximo para Is. Portanto a corrente zener máxima IZM é:

ISM = IZM + IRL

Porém, está condição limita Rs a um valor mínimo Rsm:

VE = Rsm.(IZM + IRL) + Vz ---> Rsm = VE - Vz / IZM + IRL

Assim, tem-se que Rs deve ser:

Rsm ≤ Rs ≤ RSM

Exemplo 02 - Carga Variável e Tensão de Entrada Constante:

[pic 11]O valor de Rs deve satisfazer as condições dadas pela variação desejada para a carga e pelas especificações do diodo zener.

Como RL é variável e Vz é constante, esta condição é mais crítica no caso em que RL assume seu valor mínimo Rlm, ou seja, quando a corrente na carga é máxima IRLM e a corrente Is é mínima. Desta forma, a corrente zener mínima é:

Ism