Diodo Zener

O diodo Zener difere do diodo convencional pelo fato de receber uma dopagem (tipo N ou P) maior, o que provoca a aproximação da curva na região de avalanche ao eixo vertical. Isto reduz consideravelmente a tensão de ruptura e evidencia o efeito Zener que é mais notável à tensões relativamente baixas (em torno de 5,5 Volts).^[6]

 Ver artigo principal: Diodo

 

Qualquer diodo inversamente polarizado praticamente não conduz corrente desde que não ultrapasse a tensão de ruptura. Na realidade, existe uma pequena corrente inversa, chamada de corrente de saturação, que ocorre devido unicamente à geração de pares de elétron-lacuna na região de carga espacial, à temperatura ambiente. No diodo Zener acontece a mesma coisa. A diferença é que, no diodo convencional, ao atingir uma determinada tensão inversa, a corrente inversa aumenta bruscamente (efeito de avalanche), causando o efeito Joule, e consequentemente a dissipação da energia térmica acaba por destruir o dispositivo, não sendo possível reverter o processo. 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^{[carece de fontes?]}), 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 Volts, 6,3 Volts, 9,1 Volts, 12 Volts e 24 Volts.

Quanto ao valor da corrente máxima admissível unilateralmente, existem vários tipos de diodos. Um dado importante na especificação do componente a ser utilizado é a potência do dispositivo. Por exemplo, existem diodos Zener de 400 mili Watts e 1 Watt. O valor da corrente máxima admissível depende dessa potência e da tensão de Zener. É por isso que o diodo Zener se encontra normalmente associado com uma resistência ligada em série, destinada precisamente a limitar a corrente a um valor admissível.

 

O diodo Zener pode funcionar polarizado diretamente ou inversamente. Quando está polarizado diretamente, funciona como outro diodo qualquer, não conduz corrente elétrica enquanto a tensão aplicada aos seus terminais for inferior a aproximadamente 0,6 Volts no diodo de silício ou 0,3 Volts no diodo de germânio.^[1] A partir desta tensão mínima começa a condução elétrica, que inicialmente é pequena mas que aumenta rapidamente, conforme a curva não linear de corrente versus tensão. Por esse fato, a sua tensão de condução não é única, sendo considerada dentro da faixa de 0,6 a 0,7 Volts para o diodo de silício. O diodo zener pode ser utilizado como fonte de ruído branco quando operando na sua região de ruptura.^{[carece de fontes?]}

 

Devido a esta característica, os diodos Zener são frequentemente usados como reguladores de tensão. Por exemplo, no diagrama de circuito:

• se ${\displaystyle U_{in}<|V_{zener}|,U_{out}=U_{in}}$ 
• se ${\displaystyle U_{in}>|V_{zener}|,U_{out}=V_{zener}}$ 

Considerando o valor ${\displaystyle V_{zener}}$  em valor absoluto.

Para que não danifique o componente

${\displaystyle P_{z}=V_{z}\cdot I_{Zmax}}$ 

${\displaystyle I_{Zmax}={\frac {P_{z}}{V_{z}}}}$ 

${\displaystyle I_{Zmin}=I_{Zmax}\cdot 0,10}$ 

Adiciona-se ${\displaystyle R_{s}}$  para limitar a corrente no zener.

${\displaystyle R_{Zmim}={\frac {V_{cc}-V_{z}}{I_{Zmax}}}}$ 

${\displaystyle R_{Zmax}={\frac {(V_{cc}-V_{z})}{I_{Zmin}}}}$ 

${\displaystyle R_{s}={\frac {(R_{Zmim}+R_{Zmax})}{2}}}$ 

${\displaystyle R_{Zmim}<R_{s}<R_{Zmax}}$ 

• ${\displaystyle V_{z}}$  : tensão no Zener (parâmetro do diodo, vem do fabricante)
• ${\displaystyle P_{z}}$  : potência do Zener (parâmetro do diodo, vem do fabricante)
• ${\displaystyle I_{z}}$  : corrente do Zener
• ${\displaystyle V_{cc}}$  : tensão média na carga (valor da fonte de tensão)
• ${\displaystyle R_{s}}$  : resistor limitador de corrente
• ${\displaystyle R_{l}}$  : carga
• ${\displaystyle R_{z}}$  : resistência do Zener
• ${\displaystyle I_{mrl}}$  : corrente média na carga
• ${\displaystyle I_{Zmim}}$  : corrente Mínima de Zener
• ${\displaystyle I_{Zmax}}$  : corrente Máxima de Zener

 

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Esse método foi utilizado considerando uma tensão constante de entrada.

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