diodo zener

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 Diodo Zener 

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ConstruçãoUm díodo zener é constituído por uma junção PN de materialsemicondutor (silício ou germânio) e por dois terminais, o Ânodo (A) e oCátodo (K).

Símbolo:

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Identificação visual dos

terminaisO terminal que se encontra mais próximo do anel é o cátodo (K).

KK

K

A

AA

Tensão de zener (UZ= 27 V)

Tensão de zener (UZ= 8,2 V)

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Aplicação

Se desejarmos alimentar uma carga qualquer com uma tensão invariável,perfeitamente isenta de qualquer variação ou flutuação, nada mais há do quemontar o sistema constituído pelo díodo zener (polarizado inversamente) e aresistência limitadora R, de tal modo que o díodo fique em paralelo com acarga.

R – Resistência que tem porfunção limitar a corrente nozener (IZ).

Rc – Resistência de carga(receptor) 

+

 _ 

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Polarização

O díodo zener quando polarizado inversamente (ânodo a um potencialnegativo em relação ao cátodo) permite manter uma tensão constanteaos seus terminais (UZ) sendo por isso muito utilizado naestabilização/regulação da tensão nos circuitos.

Saídaestabilizada

a 12 Volt

Entrada nãoestabilizada de

15 a 17 Volt

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O díodo zener como

estabilizador de tensão

Para que o díodo zener estabilize a tensão nos seus terminais deve-se teratenção ao 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 (UZ)do díodo.A carga ou cargas do circuito têm que estar ligadas em paralelo com o díodozener.

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O díodo zener como

estabilizador de tensão

A corrente que circula pelaresistência limitadora é a mesmacorrente que circula pelo díodozener e é dada pela expressão:

I = (VE  – VZ) / R

I = (15  – 10) / 500

I = 10 mA

Para que ocorra o efeito estabilizador de tensão é necessário que o díodozener trabalhe dentro da zona de ruptura, respeitando-se asespecificações da corrente máxima.

500R

I

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Curva característica

Os díodos zener sãodefinidos pela sua tensãode zener (UZ) mas paraque possa existirregulação/estabilização de

tensão aos seus terminaisa corrente que circula pelodíodo zener (IZ) devemanter-se entre os valoresde corrente zener definidoscomo máximo e mínimo,pois se é menor que ovalor mínimo, não permitea regulação da tensão e,se é maior, pode romper a

 junção PN por excesso decorrente.

ZONA DE TRABALHO

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Curva característica

O gráfico de funcionamento dozener mostra-nos que,diretamente polarizado (1ºquadrante), ele conduz por voltade 0,7V, como um díodo comum.

Porém, na ruptura (3ºquadrante), o díodo zenerapresenta um joelho muitopronunciado, seguido de umaumento de correntepraticamente vertical. A tensão épraticamente constante,

aproximadamente igual a Vz emquase toda a região de ruptura.As folhas de dados (data sheet)geralmente especificam o valorde Vz para uma determinadacorrente zener de teste Izt.

ZONA DE

TRABALHO

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Curva característica

Quando um díodozener está trabalhandona zona de ruptura, um

aumento na correnteproduz um ligeiroaumento na tensão.Isto significa que odíodo zener tem umapequena resistênciaque também édenominadaimpedância zener (ZZ).

ZONA DE RUPTURA

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Características técnicas

Variando-se o nível de dopagem dos díodos de silício, o fabricante podeproduzir 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)

Izmáx  – Corrente de zener máxima

Izmin  – Corrente de zener mínima

Pz  – Potência de dissipação (PZ = VZ x IZ)Desde que a potência não seja ultrapassada, o díodo zener pode trabalhardentro da zona de ruptura sem ser destruído.

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Díodo zener ideal

Na primeira aproximação, podemosconsiderar a região de ruptura como umalinha vertical. Isto quer dizer que a tensãode saída (V

Z

) será sempre constante,embora haja uma grande variação decorrente, o que equivale a ignorar aresistência zener.

Isto significa que num circuito o díodozener pode ser substituído por uma fontede tensão com resistência interna nula.

V

I

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Díodo zener real

Na segunda aproximação deve ser levadaem consideração a resistência zener (RZ)em série com uma bateria ideal. Istosignifica que quanto maior for a corrente,esta resistência produzirá uma queda detensão maior.

Isto quer dizer que na região de ruptura alinha é ligeiramente inclinada, isto é, aovariar a corrente haverá uma variação,

embora muito pequena, da tensão desaída (VZ). Essa variação da tensão desaída será tanto menor quanto menor fora resistência de zener.

V

I

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Principio de funcionamento

Vimos que o díodo retificador se comportava quase como isolador quando a polarização era inversa. O mesmo se passa com o díodo zener até um determinado valor da tensão (VZ), a partir do qual ele começa a conduzir fortemente.Qual será então o fato que justifica esta transformação de isolador em condutor? A explicação é-nos dada pela teoria do efeito de zener e o efeito de 

avalanche .

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Principio de funcionamento

Efeito de zener   – ao aplicar ao díodo uma tensão inversa de determinado valor (VZ) é rompida a estrutura atómica do díodo e vencida a zona neutra, originando assim a corrente elétrica inversa. Este efeito verifica-se geralmente para tensões inversas VR <5 Volt e o seu valor pode ser variado através do grau de dopagem 

(porcentagem de impurezas) do silício ou do germânio.

Efeito de avalanche   – Para tensões inversas VR >7 Volt, a condução do díodo é explicada exclusivamente pelo efeito de avalanche. Quando se aumenta o valor da tensão inversa, aumenta também a velocidade das cargas elétricas (elétrons). Avelocidade atingida pode ser suficiente para libertar elétrons dos átomos semicondutores, através do choque. Estes novos elétrons libertados e acelerados 

libertam outros, originando uma reação em cadeia, à qual se dá o nome de efeito de avalanche.

Para tensões inversas VR, entre 5V e 7V, a condução do díodo é explicada cumulativamente pelos dois efeitos (efeito de zener e efeito de avalanche).