Eletronica 1

Objetivos

 Projetar um circuito regulador zener

 Observar na pratica o que aprendemos durante as aulas teóricas, afim de acrescentar mais conhecimentos a o que temos aprendido na disciplina de Eletrônica I.

Fundamentação teórica

Diodo Zener

Para além da denominação Díodo Zener, é também conhecido por diodo de ruptura, diodo de tensão constante, díodo regulador de tensão ou diodo de condução reversa.

Diodo Zener

Símbolo Zener

Definição

O diodo zener 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. O dispositivo leva o nome em homenagem a Clarence Zener, que descobriu esta propriedade elétrica. 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.

Polarização

O díodo zener quando polarizado inversamente (ânodo a um potencial negativo em relação ao cátodo) permite manter uma tensão constante aos seus terminais (UZ) sendo por isso muito utilizado na estabilização/regulação da tensão nos circuitos.

Zener aplicado em um circuito

O gráfico de funcionamento do zener mostra-nos que, diretamente polarizado (1º quadrante), ele conduz por volta de 0,7V, como um díodo comum. Porém, na ruptura (3º quadrante), o díodo zener apresenta um joelho muito pronunciado, seguido de um aumento de corrente praticamente vertical. A tensão é praticamente constante, aproximadamente igual a Vz em quase toda a região de ruptura. As folhas de dados (data sheet) geralmente especificam o valor de Vz para uma determinada corrente IZT;

Funcionamento Zener

A utilização do díodo zener é limitada pelos seguintes parâmetros:

 Vz – Tensão de zener (este valor é geralmente especificado para uma determinada corrente de teste IZT)

 Izmáx – Corrente de zener máxima

 Izmin – Corrente de zener mínima

 Pz – Potência de dissipação(PZ= Vz x Iz)

Desde que a potência não seja ultrapassada, o díodo zener pode trabalhar dentro da zona de ruptura sem ser destruído.

Algumas especificações do fabricante inclui-se também a corrente máxima que um diodo pode suportar, em função da máxima potência que o mesmo pode suportar.

IZMax = PZM / VZ

IZMax = máxima corrente de zener especificada

PZM = potência especificada

VZ = tensão de zener

Impedância Zener ZZT

Quando um diodo zener opera na região de ruptura, um aumento na corrente produz um ligeiro aumento na tensão. Isto significa que o diodo zener tem uma pequena resistência, que também é denominada impedância zener (ZZT), também referenciada à corrente de teste IZT para medir VZ. Assim por exemplo, para um diodo fictício 1NZX45, com as especificações VZT = 12V; IZT = 20mA e ZZT = 5Ω, indica que o diodo zener tem uma tensão de 12V e uma resistência de 5 Ω para uma corrente de 20mA.

Regulação tensão

Para que ocorra o efeito regulador de tensão é necessário que o diodo zener funcione dentro da região de ruptura, respeitando as especificações de corrente máxima.

Circuito com diodo zener

A corrente que circula por RS que é a corrente que circula pelo diodo zener é dada pela fórmula:

IRS = (VE - VZ) / RS

Para entender como funciona a regulação de tensão, suponha que a tensão VE varia entre 9V e 12V respectivamente. Devemos então obter o ponto de saturação (interseção vertical), fazendo com que VZ = 0.

q1 (VZ = 0), temos: I = 9/470 = 19mA

q2 (VZ = 0), temos: I = 12/470 = 25mA

Para obter o ponto de ruptura (interseção horizontal), IZ = 0.

q1 (IZ = 0), temos: VZ = 9V

q2 (IZ = 0), temos: VZ = 12V

Analisando o gráfico, observa-se que embora a tensão VE varie entre 9V e 12V respectivamente, haverá mais corrente no díodo zener. Portanto embora a tensão VE tenha variado de 9 a 12V, a tensão zener ainda é aproximadamente igual a 6V.

Formulas para cálculos das grandezas de circuitos com diodo Zener para que os componentes não seja danificados.





Corrente Mínima



Cálculo do Resistor limitador

Adiciona-se para limitar a corrente no zener.









Definição das variáveis

: 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

Analise de resultados

Anexos

 Calculo utilizado para determinação dos componentes e simulação do funcionamento do circuito.