Diodo Zener
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]
Fabricação
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).[4]
Diodo
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 unilateralmene,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
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 com fonte de ruído branco quando operando na sua região de ruptura.[carece de fontes]
Devido a esta característica, os diodos Zener são freqüentemente usados como reguladores de tensão. Por exemplo, no diagrama de circuito:
- se <math>U_{in} < |V_{zener}|, U_{out} = U_{in}</math>
- se <math>U_{in} > |V_{zener}|, U_{out} = V_{zener} </math>
Considerando o valor <math>V_{zener}</math> em valor absoluto.
Calculos
Corrente Máxima no Zener
Para que não danifique o componente
<math>P_{z}= V_{z} \cdot I_{Zmax}</math>
<math>I_{Zmax} = \frac{P_{z}}{V_{z}}</math>
Corrente Mínima
<math>I_{Zmim} = I_{Zmax} \cdot acn 0,15</math>
Cálculo do Resistor limitador
Adiciona-se <math>R_z</math> para limitar a corrente no zener.
<math>R_{Zmim} = \frac{V_{cc} - V_z}{I_{Zmax}}</math>
<math>R_{Zmax} = \frac{(V_{cc} - V_z)}{I_{Zmin}}</math>
<math>R_z = \frac{(R_{Zmim} + R_{Zmax})}{2}</math>
<math>R_{Zmim} < R_{z} < R_{Zmax}</math>
Definições
- <math>V_z</math> : tensão no Zener (parâmetro do diodo, vem do fabricante)
- <math>P_z</math> : potência do Zener (parâmetro do diodo, vem do fabricante)
- <math>I_z</math> : corrente do Zener
- <math>V_{cc}</math> : tensão média na carga (valor da fonte de tensão)
- <math>R_s</math> : resistor limitador de corrente
- <math>R_l</math> : carga
- <math>R_z</math> : resistência do Zener
- <math>I_{mrl}</math> : corrente média na carga
- <math>I_{Zmim}</math> : corrente Mínima de Zener
- <math>I_{Zmax}</math> : corrente Máxima de Zener
Esse método foi utilizado considerando uma tensão constante de entrada.
Ver também
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Referências
- ↑ 1,0 1,1 1,2 {{#invoke:Citar web|web}}
- ↑ Seitz, Frederick. (09 1986). "On the occasion of the 80th birthday celebration for Clarence Zener: Saturday, November 12, 1985" (em inglês). Journal of Applied Physics 60 (6): 1865 - 1867. ISSN 0021-8979. Página visitada em 21/12/2010.
- ↑ {{#invoke:Citar web|web}}
- ↑ Richard C. Dorf (ed.) The Electrical Engineering Handbook, CRC Press, Boca Raton, 1993, ISBN 0-8493-0185-8 pg.457
