Diodo Zener

Diodo Zener
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Símbolo do Diodo zener.
Característica corrente-tensão de um diodo zener com a tensão reversa de 17 volts. Note
a mudança de escala na tensão direta e reversa.
O diodo Zener é um tipo de diodo especialmente projetado para trabalhar sob o regime
de condução reversa, ou seja, acima da tensão de ruptura da junção PN. Embora o nome
diodo Zener tenha se popularizado comercialmente, o nome mais preciso seria diodo de
condução reversa, já que há dois fenômenos envolvidos o efeito Zener e o efeito
avalanche
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).
Funcionamento
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. 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.
Tensão Zener
É a tensão mínima a ser aplicada no diodo Zener, em polarização reversa, para que a
corrente elétrica comece a ser conduzida.
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, 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 do Zener
Regulador de Tensão Com Zener
Corrente Máxima no Zener
Para que não danifique o componente
PZ = VZ * IZmáx
IZmáx = PZ / VZ
Corrente Mínima
IZmín = IZmáx . 0,15
Cálculo do Resistor limitador RZ
Adiciona-se RZ para limitar a corrente no zener
RZmín = (VCC - VZ) / IZmáx
RZmáx = (VCC - VZ) / (IZmín + IRML)
RZ
(adotado)
RZmín <RZ
= (RZmín + RZmáx) / 2
(adotado)
<RZmáx.
A filtragem não é perfeita devido à tensão do capacitor cair um pouco nas descargas,
dando uma pequena ondulação de tensão (Tensão de Ripple). Para muitos circuitos uma
ondulação (Ripple) de 10% do valor de tensão é satisfatória, a equação abaixo fornece o
valor exigido para a filtragem do condensador. Quanto maior o condensador menor
ondulação.
Cálculo do Condensador de filtragem para 10% de ripple, C = (5 x IL)/(Vs x f)
C = Capacidade filtragem em Farads (F)
IL = Corrente de saída em amperes (A)
Vs = tensão de entrada em volts (V), este é o valor de pico de tensão não filtrada em DC
Vr = tensão do riple.
f = frequência do AC em hertz (Hz), 60 Hz (110V)
Cálculo da tensão de ripple da fonte de alimentação:
Ex:
Corrente de carga IL = 100 mA; RL ~ 160 Ω;
C = 1000 μF; Vrms = 12 v
Constante de tempo:
T=RL.C
T=RL.C =160x1000x10-6 = 160ms >> 8.3ms. 160ms é 10 vezes maior que 16,6, e 20
vezes maior que 8,3ms.
A Constante de tempo deverá satisfazer 10 vezes os períodos dos semi-ciclos abaixo
Para meia onda: 60 Hz = 16.6 ms; Para Onda Completa: 120 Hz = 8.3 ms
Cálculo do riple Vr:
TRABALHO DE CLASSE:
Número dos participantes do Grupo:
________, ________, ________, ________, ________, _________, ________,
________, ________, ________, _________, _________.
Baseado nos conceitos sobre retificação da CA, construir uma fonte zener de 4,7 V
com 1 Watt de dissipação em vazio ou com carga.
a) O transformador é do tipo 110/220V – 12VRMS AC - 200mA de capacidade de
corrente.
b) Os Diodos retificadores 1N4007 e zener 1N4732A, deverão ser pesquisados pelo
site
http://www.datasheetcatalog.com,
ou
no
próprio
site
http://www.wlmquip.com.br , verificar sua corrente máxima de joelho IFAV e
Voltagem reversa VRRM (para o diodo 1N4007), e corrente zener Max IZM,
voltagem de trabalhoVz (para o zener IN4732A).
c) Com base nas informações acima, montar a ponte retificadora, calcular as
correntes circulantes no circuito abaixo (verifique se está dentro da faixa de
tolerância do diodo zener usado), como carga, está sendo usado um Led
Vermelho cuja corrente máxima admissível é 20 mA e 1,8 V de voltagem de
trabalho.
d) Os resistores usados são 150 ohms 1/2W para o Zener, e 270 1/8W ohms para o
Led vermelho.
e) Deverá ser usado uma barra sindal para evitar as soldas.
f) O TRAFO tem uma tomada para 110 e 220VAC. Fio preto (comum), Fio azul
110VAC, e fio vermelho 220 VAC. Isolar o fio vermelho,
g) Consultar o esquema fornecido.
h) Danos aos componentes eletrônicos deverão ser ressarcidos pelo grupo.
220VCA - ISOLAR
TRANSFORMADOR
110/220 AC - 12 VAC
ENTRADA 110 VCA
1N4007
SAÍDA
12 VCA
1N4007
2000 F
1N4007
15 0
1N4007
270
ZENER 4,7 V
LED