Diodo zener – Funcionamento e aplicações

Curva característica do diodo Zener

O diodo Zener possui uma característica V(I) que se parece com a letra "Z". Ao contrário de um diodo retificador, o diodo Zener opera no regime de bloqueio ou 3º quadrante (polarização inversa). Quando uma certa tensão de ruptura é alcançada, ocorrem o efeito Zener e o efeito avalanche, nos quais a corrente aumenta abruptamente sem destruir o diodo Zener. Na polarização direta, o diodo Zener funciona como um díodo retificador.

Curva característica do  diodo Zener

Como o diodo zener regula a tensão?

Uma aplicação comum do diodo Zener é a estabilização de tensão. O circuito converte uma tensão de entrada variável V₁ em uma tensão de saída estabilizada V₂. O circuito básico é mostrado abaixo:

Circuito de exemplo Como o diodo zener regula a tensão

O resistor em série R₁ funciona como proteção contra corrente excessiva, que poderia destruir o diodo zener. Se você quiser calcular R₁, deverá considerar dois cenários de pior caso:

Pior caso 1: A tensão de entrada sobe até seu valor máximo V_1(max) e o no mesmo tempo o circuito tem uma corrente de carga mínima I_carga(min). Isso significa que a corrente máxima deve passar pelo o diodo Zener.

Pior caso 2: A tensão de entrada cai para seu valor mínimo V_1(min) e o no mesmo tempo o circuito é carregado com a corrente de saída máxima I_carga(max). Isso significa que uma corrente mínima deve passar pelo o diodo Zener. 

Diodos Zener Planilha de dados

Diodos Zener Planilha de dados - exercício

Nota: Se, como aqui, a corrente Z mínima não for especificada na folha de dados, aplica-se a regra prática:

       I_Z(mín) = 0,1 I_Z(max)

Exercício

As variáveis medidas no circuito a seguir são as seguintes: V₁ varia entre 29 e 32 V. A corrente de carga varia entre 5 mA e 22 mA. A tensão Zener pode ser considerada constante.

Circuito de exemplo Como o diodo zener regula a tensão

1. Calcule o resistor em série R1 e selecione-o na série E12.
2. Para qual potência esse resistor deve ser projetado?
3. Quais são as consequências se esse resistor for projetado muito pequeno ou muito grande?