Diodo Zener ideal - e-learning-IEFP

Díodo de Zener Ideal
No caso da reparação de avarias e em análises preliminares pode-se
aproximar a zona de disrupção a uma vertical.
Portanto, a tensão é constante apesar das variações da corrente, o
que equivale a desprezar a resistência zener.
A Figura 5 simboliza a aproximação ideal de um díodo zener: um
díodo zener a operar na zona de disrupção comporta-se idealmente
como uma bateria.
Num esquema, isto significa que se pode substituir um díodo zener
por uma fonte de tensão igual a UZ, desde que o díodo zener esteja a
operar na zona de disrupção.
Fig.5 – Aproximação de um díodo de Zener.
Notas:
Regulador Zener em Carga
A Figura 6a) apresenta o esquema de um regulador zener em carga e
a Figura 6b) mostra o mesmo esquema mas com terras.
O díodo zener opera na zona de disrupção e mantém constante a
tensão da carga.
Mesmo que a tensão da fonte varie ou a resistência de carga se
altere, a tensão da carga permanece fixa e igual à tensão zener.
Operação na disrupção
Como se pode dizer que o díodo zener da Figura 6 está a operar na
zona de disrupção?
Devido ao divisor de tensão formado por RS e RC, a tensão de
Thévenin vista do díodo é dada por:
U Th =
RC
Uf
RS + RC
Este é o valor da tensão que existe quando o díodo zener está
desconectado do circuito.
Esta tensão de Thévenin tem de ser maior que a tensão zener; caso
contrário, não ocorre a disrupção.
Corrente na Resistência Série
Salvo indicação em contrário, nas análises que se seguem admite-se
que o díodo zener está a operar na zona de disrupção. Na figura 6, a
corrente que percorre a resistência série é dada por:
IS =
U f −UZ
RS
Trata-se da lei de Ohm aplicada a uma resistência de limitação de
corrente. É o mesmo valor quer exista resistência de carga ou não.
Por outras palavras, se se retirar a resistência de carga, a corrente
através da resistência série ainda é igual à tensão aos terminais da
resistência em questão dividida pelo seu valor.
Corrente na Carga
Idealmente, a tensão da carga é igual à tensão zener, porque a
resistência de carga está em paralelo com o díodo zener.
Daí a expressão:
Notas:
Uc = UZ
Assim, a lei de Ohm permite calcular a corrente de carga:
Ic = UC / RC
Fig.6 – Regulador de Zener em carga: a) Esquema básico; b) Esquema prático.
Corrente de Zener
Com a lei das correntes de Kirchhoff escreve-se:
IS = IZ + Ic
O díodo zener e a resistência de carga estão paralelos. A soma das
suas correntes tem de ser igual à corrente total, que é a corrente
através da resistência série.
Pode-se dar outra configuração à expressão anterior, obtendo-se a
importante fórmula:
IZ = IS – Ic
Esta equação diz que a corrente zener não é igual à corrente na
resistência série, como acontecia no regulador zener em vazio (não
carregado).
Devido à resistência de carga, agora a corrente zener iguala a
diferença entre a corrente na resistência série e a corrente de carga.
A Tabela 1 resume os passos da análise de um regulador zener em
carga.
Começa-se pela corrente na resistência, seguida do cálculo da tensão
da carga e da corrente de carga, e, finalmente, a corrente zener.
Efeito Zener
Quando a tensão de disrupção for maior que 6V, a causa da disrupção
consiste no efeito de avalancha.
O conceito fundamental reside nos portadores minoritários serem
acelerados a velocidades suficientemente altas para desalojarem
Notas:
outros portadores minoritários, produzindo um efeito de avalancha
em cadeia, de onde resulta uma corrente inversa intensa.
O efeito zener é diferente. Quando um díodo for muito dopado, a
camada de depleção torna-se bastante estreita.
Por isso, o campo eléctrico (tensão dividida pela distância) na camada
de depleção torna-se muito intenso.
Quando a intensidade do campo atinge aproximadamente 300 000
V/cm, esse campo intenso extrai electrões das órbitas de valência.
A criação de electrões livres por este processo chama-se efeito zener
ou emissão de campo intenso.
Trata-se de um efeito bem diferente do efeito de avalancha, o qual
depende dos portadores minoritários de alta velocidade desalojarem
electrões de valência.
Com uma tensão de disrupção inferior a 4V apenas ocorre o efeito
zener. Se a tensão de disrupção for maior que 6V dá-se unicamente o
efeito de avalancha.
Quando a tensão de disrupção estiver entre 4V e 6V verificam-se
ambos os efeitos.
O efeito zener foi descoberto antes do efeito de avalancha, pelo que
todos os díodos usados na zona de disrupção passaram a ser
conhecidos por díodos zener.
Embora se possa ouvir, eventualmente, o termo díodo de avalancha,
em geral, utiliza-se o termo díodo zener para todos os díodos de
disrupção.
Coeficientes de Temperatura
Quando a temperatura ambiente varia, a tensão zener varia
ligeiramente. Nas folhas de dados o efeito de temperatura aparece
sob a designação de coeficiente de temperatura.
Passo 2
Processo
Calcular a corrente na resistência
série.
Calcular a tensão na carga.
Passo 3
Calcular a corrente de carga.
Passo 4
Calcular a corrente zener.
Passo 1
Comentário
Aplicar a lei de ohm a
Rs.
Tensão da carga igual
à tensão do díodo.
Aplicar a lei de ohm a
Rc.
Aplicar a lei de ohm
ao díodo.
Tabela 1 – Análise de um regulador Zener em carga.
Notas: