Descubra o que é um diodo Zener, seu uso como regulador de tensão e como a equação do diodo Zener é aplicada em projetos eletrônicos.
O que é um Diodo Zener?
Antes de entrarmos na equação do diodo Zener, primeiro é importante entendermos o que é um diodo Zener e onde é utilizado. Um diodo Zener é um tipo de diodo que permite a corrente fluir da sua anodo para o cátodo como qualquer outro diodo, mas também pode permitir a corrente fluir na direção inversa quando a tensão está acima de uma certa valor chamada de “tensão Zener”.
Os diodos Zener são amplamente utilizados como reguladores de tensão, protegendo circuitos sensíveis contra variações de tensão e provendo uma tensão de referência estável. Isto é empregado em aplicações diversas, desde fontes de alimentação até sistemas de comunicação.
Equação do Diodo Zener
A relação entre a corrente e a tensão em um diodo Zener é descrita pela equação do diodo Zener, que é uma extensão da equação do diodo ideal de Shockley para o comportamento na região de ruptura, a região onde o diodo Zener opera. A equação é a seguinte:
\[ I = I_{Z0} + \left(\frac{V – V_Z}{R_Z}\right) \]
Onde:
- \(I\) é a corrente total através do diodo Zener.
- \(I_{Z0}\) é a corrente de Zener ou corrente de manutenção, que é a corrente mínima que deve ser garantida para que o diodo mantenha a tensão \(V_Z\) constante.
- \(V\) é a tensão total aplicada ao diodo.
- \(V_Z\) é a tensão Zener, também conhecida como tensão de ruptura, onde o diodo começa a conduzir na direção inversa.
- \(R_Z\) é a resistência dinâmica do diodo na região de ruptura.
É importante notar que esta equação simplificada não leva em consideração todos os efeitos, mas é suficiente para o entendimento básico do funcionamento do diodo Zener. A análise real pode exigir considerar efeitos como o aquecimento do diodo e mudanças na resistência dinâmica em função da temperatura.
Utilizando a Equação do Diodo Zener
Para calcular a corrente através de um diodo Zener em um circuito, podemos reorganizar a equação acima:
\[ I = \frac{V – V_Z}{R_Z} + I_{Z0} \]
Você deve medir a tensão aplicada ao diodo (\(V\)) e subtrair a tensão Zener (\(V_Z\)). Então, você divide o resultado pela resistência dinâmica (\(R_Z\)) e soma a corrente de Zener (\(I_{Z0}\)).
No entanto, precisamos lembrar que o diodo tem que ser polarizado na direção correta e a tensão aplicada deve ser maior que a tensão Zener para que o diodo conduza na direção inversa.
Cálculo em um circuito real
Em um circuito onde é utilizado um diodo Zener, geralmente há uma resistência em série com o diodo, e a tensão de fonte é maior do que a tensão Zener. A tensão de entrada (\(V_{IN}\)) é distribuída entre a resistência em série (\(R_S\)) e o diodo Zener. Para encontrar a corrente através do diodo (\(I_Z\)), utilizamos:
\[ I_Z = \frac{V_{IN} – V_Z}{R_S} \]
Para que o diodo funcione corretamente como um regulador de tensão, a corrente através do mesmo deve estar entre a corrente de manutenção (\(I_{Z0}\)) e a corrente máxima (\(I_{ZMAX}\)). Portanto, a resistência em série deve ser escolhida para garantir que a corrente fique dentro desses limites, independentemente das variações da tensão de entrada ou da carga conectada ao circuito.
Conclusão
O diodo Zener é um componente crucial em muitos circuitos eletrônicos, oferecendo proteção e estabilidade. Compreender sua equação nos ajuda a projetar e analisar circuitos que dependem de sua capacidade de regular tensão. A simplicidade do modelo e a facilidade de aplicação fazem da equação do diodo Zener uma ferramenta valiosa para engenheiros e aficionados em eletrônica.
O estudo do diodo Zener nos leva a uma melhor compreensão sobre o comportamento dos semicondutores em condições extremas e abre portas para o design de circuitos eletrônicos mais complexos e confiáveis.
