Diodo Zener

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Diodo Zener (também conhecido como diodo regulador de tensão , diodo de tensão constante, diodo de ruptura ou diodo de condução reversa)[1] é um dispositivo ou componente eletrônico semelhante a um diodo semicondutor, especialmente projetado para trabalhar sob o regime de condução inversa, ou seja, acima da tensão de ruptura da junção PN, neste caso há dois fenômenos envolvidos: o efeito Zener e o efeito avalanche.[1] O dispositivo leva o nome em homenagem a Clarence Zener, que descobriu esta propriedade elétrica.[2][3][nota 1]

Símbolo do Diodo zener

Fabricação

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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
 
Característica corrente-tensão de um diodo zener com a tensão reversa de 17 volts. Note a mudança de escala na tensão direta e reversa

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.

Aplicações

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Díodo de Zener

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  
  • se  

Considerando o valor   em valor absoluto.

Cálculos

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Corrente Máxima no Zener

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Para que não danifique o componente

 

 

Corrente Mínima

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Cálculo do Resistor limitador

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Adiciona-se   para limitar a corrente no zener.

 

 

 

 

Definições

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  •   : tensão no Zener (parâmetro do diodo, vem do fabricante)
  •   : potência do Zener (parâmetro do diodo, vem do fabricante)
  •   : corrente do Zener
  •   : tensão média na carga (valor da fonte de tensão)
  •   : resistor limitador de corrente
  •   : carga
  •   : resistência do Zener
  •   : corrente média na carga
  •   : corrente Mínima de Zener
  •   : corrente Máxima de Zener
 
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Esse método foi utilizado considerando uma tensão constante de entrada.

Ver também

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Notas

  1. Segundo o dicionário Houaiss, embora a forma diodo seja a mais usual, a forma preferível é díodo. O mesmo dicionário regista ainda a forma diódio.[4] O dicionário Aurélio, porém, registra diodo como a forma preferível.[5]

Referências

  1. a b c Chiesse, Luiz (1 de abril de 2003). «Outros tipos de diodos» (PDF). Eletrônica. língua=Português. Consultado em 21 de dezembro de 2010. Arquivado do original (PDF) em 6 de março de 2009 
  2. Seitz, Frederick (setembro de 1986). «On the occasion of the 80th birthday celebration for Clarence Zener: Saturday, November 12, 1985». Journal of Applied Physics (em inglês). 60 (6). pp. 1865 – 1867. ISSN 0021-8979. Consultado em 21 de dezembro de 2010 
  3. «Clarence Zener». Consultado em 21 de dezembro de 2010 
  4. Houaiss, Antônio (2001). «Díodo». In: Instituto Antônio Houaiss de Lexicografia. Dicionário Houaiss da Língua Portuguesa. VII. Lisboa: Temas & Debates. 3001 páginas 
  5. Ferreira, Aurélio Buarque de Holanda (1986). «Diodo». Novo Dicionário da Língua Portuguesa 2 ed. Rio de Janeiro: Nova Fronteira. p. 592 
  6. Richard C. Dorf (ed.) The Electrical Engineering Handbook, CRC Press, Boca Raton, 1993, ISBN 0-8493-0185-8 pg.457