Electricidade Industrial

DIODO ZENERUm díodo comum não pode trabalhar na região de ruptura, sob pena de ser danificado, mas os díodos zener são justamente optimizados para trabalharem nesta região, como reguladores de tensão. Uma outra particularidade do díodo zener é que ele trabalha reversamente polarizado no circuito, coisa que não ocorre com o díodo comum. A fig.1 mostra a curva característica do diodo zener e sua simbologia.

Fig.1 Díodo Zener

FUNCIONAMENTO :Como já exposto, um díodo zener é especialmente dopado para operar na região de ruptura, embora ele possa operar também na região directa (funcionando como um díodo comum). Observando a curva característica, nota-se que a região de ruptura tem um joelho acentuado, seguido de um aumento de corrente praticamente vertical. Podemos observar que a tensão é praticamente constante, aproximadamente igual a Vz em quase toda região de ruptura, mesmo que a corrente que passa por ele varie. E é por operar na região de ruptura que o díodo zener tem que ser polarizado reversamente.

A sua principal aplicação é a de conseguir uma tensão estável (tensão de ruptura), independente da corrente que o atravessa.

O modo de ligação de um díodo zener é o mostrado na fig.2:

1IPET 2014

Electricidade Industrial

Fig.2 modo de ligação do díodo Zener

Em funcionamento normal, a ligação do díodo deve ser reversa. Para produzir a ruptura, a tensão da fonte tem que ser maior que a tensão Vz e deve ser usado um resistor em série para limitar a corrente zener num nível abaixo da sua especificação de corrente (definida pelo fabricante), para evitar que se queima (como qualquer componente comum com excessiva dissipação de potência).

Graficamente é possível obter a corrente eléctrica sob o zener com o uso de recta de carga.

ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS:

De modo prático, um díodo zener pode ser especificado através de dois parâmetros essenciais: a tensão de regulação Vz e a potência máxima de dissipação Pz.

Corrente máxima do zener:PZ=V z × I Zmax

2IPET 2014

Electricidade Industrial

Exemplo:Se um díodo zener de 12 V tem uma especificação de potência máxima de 400 mW, Qual será a corrente máxima permitida?

I Zmax=400×10−3W

12V=33,3mA

Este zener suporta uma corrente máxima reversa de 33,3 mA

Corrente mínima do zenerA corrente mínima define o ponto aproximado em que o díodo começa a sair da região de ruptura em direcção à região de corte, onde não há condução de corrente. Quando o díodo entra na região de corte, sua tensão cai com relação ao valor da tensão de ruptura VZ. Considera-se a corrente mínima do zener como sendo de 10 a 20% do valor da corrente máxima do zener. Considerando uma proporção de 15%, temos a expressão abaixo:

I Zmin=I Zmax ×0,15

Regulador de tensão com zener

Fig.3 Regulador zener

A fig.3 mostra um díodo zener usado para regular a tensão através da resistência de carga. Isto é um pouco mais complexo que no circuito anterior por causa da existência de duas malhas.

Tensao TheveninDevido ao resistor de carga, a tensão Thevenin que alimenta o díodo zener é menor que a tensão da fonte.

V TH=R l

R s+Rl

×V s

Para o funcionamento na região de ruptura do díodo zener, V TH deve ser maior do que V Z. Esta é a primeira relação que deve ser satisfeita em qualquer regulador zener.

Corrente em série (sob R s)

3IPET 2014

Electricidade Industrial

A corrente através do resistor em série é dada por: I s=V s−V Z

R s

Corrente na carga

Como V L≅V Z , temos que I l=V l

Rl

Corrente zenerPelo facto do circuito ser composto de duas malhas, aplicando a lei de Kirchhoff, tem-se: I s=I z+ I l logo, I z=I s−I l

Exemplo

A figura mostra um circuito regulador de tensão na carga de 2k Ω. Pede.se para calcular a corrente que atravessa o díodo zener.

V TH= 2kΩ2,82kΩ

×40V =28,4V

I s=40V −10V820Ω

=36,6mA

Sabemos que a tensão na carga é aproximadamente 10V, portanto a corrente na carga é

I l=10V2000Ω

=5mA

Logo, I Z=36,6mA−5mA=31,6mA

Ondulação pelo resistor de cargaO regulador zener é empregue em circuitos rectificadores com um filtro de capacitor na entrada. Nesse caso, o regulador zener reduz a ondulação de pico a pico na carga.

∆V Z

∆V S

≅RZ

RS

Onde

4IPET 2014

Electricidade Industrial

∆ V Z=ondulacao de saida

∆ V S=ondulacaode entrada

RZ=Resistencia zener (interna)RS=Resistencia em serie

Resistência crítica sem série RS(max )é a máxima resistência em série permitida. A

resistência em série RS deve ser sempre menor do que o valor crítico; caso contrário perde-se o funcionamento na região de ruptura e o regulador para de funcionar.

RS (max )=V S ( min )−V Z

I l (max )

Onde RS (max )=valor critico daresistencia em serie

V S (min )=tensao minimada fonte

V Z=tensao zener

I l (max )=corrente de carga maxima

5IPET 2014