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Diodo Zener Funcionamento


Os diodos tradicionais têm como característica principal permitir a condução de corrente elétrica apenas quando são polarizados diretamente, de modo que ao serem polarizados reversamente a condução é interrompida. Se o valor da tensão reversa ultrapassar um certo valor de ruptura, o componente é danificado por efeito Joule. O diodo zener, ao contrário do que ocorre com o diodo comum, é fabricado para justamente trabalhar com polarização reversa, desse modo, quando a tensão de ruptura do diodo zener é atingida a mesma torna-se praticamente constante independentemente do valor da corrente que passa pelo mesmo. Por possuir essa característica, o diodo zener é normalmente utilizado como regulador de tensão. Na figura abaixo é apresentado o símbolo do diodo zener, bem como o componente físico.

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Figura 1 – Simbolo do diodo Zener e seu aspecto físico.

 

Ao se trabalhar com diodos zener os principais parâmetros que devem ser levados em conta são sua tensão de regulagem e as correntes mínima e máxima de operação. A tensão de regulagem do diodo zener é aquela que permanecerá praticamente constante enquanto o componente estiver em operação. A corrente mínima é aquela que garante que o diodo zener esteja operando corretamente, ou seja, valores abaixo da corrente mínima fazem com que o componente não cumpra seu papel como regulador de tensão. A corrente máxima do diodo zener é o valor de corrente que não poderá ser ultrapassado, sob pena do componente ser destruído.

Para iniciarmos nossa análise consideremos o circuito abaixo:

 

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Figura 2 – Circuito regulador de tensão com diodo Zener.

 

No circuito da Figura 2, a fonte V1 é de 30V, o resistor R2 é de 100 Ohms e devemos encontrar o valor do resistor R1 para que o circuito funcione corretamente. O diodo zener D1 é o 1n4737, cuja Tensão Zener (tensão de regulagem – Vz) é 7,5V e corrente máxima de operação (Izmax) é de 121mA. Note que não é informado o valor da corrente mínima (Izmin) de trabalho do diodo zener. Quando nos deparamos com situações como essa é comum considerarmos Izmin como sendo equivalente a 10% de Izmax. Nossa tarefa neste exemplo é determinar o valor mínimo e máximo do resistor R1 de modo que o diodo zener regule a tensão aplicada ao resistor de carga R2. O valor do resistor R1 a ser encontrado deverá garantir que a corrente que circula pelo diodo zener seja superior a Izmin e inferior a Izmax. Note que o diodo está polarizado reversamente, que é o modo como ele trabalha.

 

Como Vz é de 7,5V sabemos que a tensão aplicada no resistor R2 também é de 7,5V, pois o mesmo está posicionado em paralelo com o diodo zener. Desse modo, a corrente que circula sobre R2 é dada por:

 

IR2 = Vz / R2

IR2 = 7,5V / 100 Ohms

IR2 = 75mA

 

Pela lei de Kirchhoff das correntes, sabemos que a corrente que circula por R1 deve se dividir, indo uma parcela para o diodo zener e outra para o resistor R2. Também sabemos que Izmax é de 121mA; desse modo, a corrente total do circuito  (Itotal) permitida para que o diodo zener não queime é:

 

Itotal = Izmax + IR2

Itotal = 121mA + 75mA

Itotal = 196mA

 

Como a fonte de tensão do circuito é de 30V, dos quais 7,5V estão aplicados no Zener, podemos afirmar pela lei de Kirchhoff das Tensões que o valor da tensão aplicada no resistor R1 é de 22,5V. Desse modo, podemos encontrar o valor mínimo de R1 pela lei de Ohm, ou seja:

 

R1 = 22,5V / 196mA

R1 = 114,79 Ohms (aproximadamente 115 Ohms)

 

Dissemos anteriormente que o valor de Izmin é de 10% o valor de Izmax, pois o mesmo não foi apresentado. Sendo assim, Izmin = 12,1mA. Como já sabemos o valor da corrente que circula pela carga R2 podemos encontrar o valor máximo que pode ser utilizado para o resistor R1 de tal forma que Izmin seja respeitado. Novamente utilizamos a lei de Kirchhoff das correntes:

 

Itotal = Izmin + IR2

Itotal = 12,1mA + 75mA

Itotal = 87,1mA

 

Como sabemos o valor da tensão que cai em R1, podemos facilmente encontrar o valor de sua resistência pela lei de Ohm:

 

R1 = 22,5V / 87,1mA

R1 = 258,32 Ohm (aproximadamente 258 Ohms)

 

Ou seja, utilizando um resistor R1 com valor mínimo de 115 Ohms e máximo de 258 Ohms, garantimos que a corrente que circula pelo diodo zener esteja compreendida entre 12,1mA (Izmin) e 121mA (Izmax) fazendo com que o mesmo funcione corretamente regulando a tensão aplicada na carga R2 em 7,5V.

 

Assim chegamos ao final da análise do funcionamento do diodo zener.

 

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