As 3 melhores aplicações que envolvem a funcionalidade de trabalho do diodo Zener

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Os diodos Zener são diodos de junção PN normais operando em uma condição de polarização reversa. O funcionamento do diodo Zener é semelhante ao de um diodo de junção PN na condição polarizada de encaminhamento, mas a singularidade reside no fato de que ele também pode conduzir quando está conectado em polarização reversa acima de sua tensão de limite / ruptura. Estes estão entre os tipos básicos de diodos usado com freqüência, além dos diodos normais.

Funcionamento do diodo Zener

Funcionamento do diodo Zener



Diodo semicondutor em condição de polarização reversa

Se você se lembra, um diodo de junção PN simples é formado por uma combinação de material semicondutor do tipo p com um material semicondutor do tipo n. Quando um lado de um cristal semicondutor é dopado com impurezas doadoras e o outro lado com impurezas aceitadoras, uma junção PN é formada.


Diodo semicondutor imparcial

Em condições normais, os buracos do lado p tendem a se difundir para uma região de baixa concentração e o mesmo acontece com os elétrons do lado n.



Assim, os buracos se difundem para o lado n e os elétrons se difundem para o lado p. Isso resulta no acúmulo de cargas ao redor da junção, formando uma região de depleção.

Diodo semicondutor imparcial

Diodo semicondutor imparcial

Uma polaridade elétrica ou dipolo elétrico é formado através da junção, causando o fluxo de fluxo do lado n do lado superior. Isso resulta na variação da intensidade do campo elétrico negativo, gerando um potencial elétrico através da junção. Este potencial elétrico é na verdade a tensão de limiar do diodo e está em torno de 0,6 V para o silício e 0,2 V para o germânio. Isso atua como uma barreira potencial para o fluxo de portadores de carga majoritária e o dispositivo não conduz.

Agora, quando um diodo normal é polarizado de tal forma que uma tensão negativa é aplicada ao lado n e uma tensão positiva ao lado p, diz-se que o diodo está na condição de polarização direta. Essa tensão aplicada tende a diminuir a barreira de potencial após ultrapassar a tensão limite.


Neste ponto e depois, a maioria dos portadores cruza a barreira de potencial e o dispositivo começa a conduzir com o fluxo de corrente através dele.

Quando o diodo é polarizado na condição reversa ao acima, a voltagem aplicada é tal que aumenta a barreira de potencial e atrapalha o fluxo da maioria dos portadores. No entanto, ele permite o fluxo de portadores minoritários (buracos no tipo n e elétrons no tipo p). À medida que essa tensão de polarização reversa aumenta, a corrente reversa tende a aumentar gradualmente.

Em um determinado ponto, essa tensão é tal que provoca o colapso da região de depleção, causando um aumento massivo no fluxo de corrente. É aqui que o funcionamento do diodo Zener entra em ação.

O princípio por trás do funcionamento do diodo Zener

Como afirmado acima, o princípio básico por trás do funcionamento de um diodo Zener está na causa da quebra de um diodo na condição de polarização reversa. Normalmente existem dois tipos de avaria - Zener e Avalanche.

Princípio por trás do funcionamento do diodo zener

Princípio por trás do funcionamento do diodo zener

Zener Breakdown

Este tipo de falha ocorre para uma tensão de polarização reversa entre 2 a 8V. Mesmo nessa baixa voltagem, a intensidade do campo elétrico é forte o suficiente para exercer uma força sobre os elétrons de valência do átomo de forma que eles sejam separados dos núcleos. Isso resulta na formação de pares de elétron-buraco móveis, aumentando o fluxo de corrente através do dispositivo. O valor aproximado deste campo é cerca de 2 * 10 ^ 7 V / m.

Este tipo de ruptura ocorre normalmente para um diodo altamente dopado com baixa tensão de ruptura e um campo elétrico maior. À medida que a temperatura aumenta, os elétrons de valência ganham mais energia para romper a ligação covalente e menos quantidade de voltagem externa é necessária. Assim, a tensão de ruptura do Zener diminui com a temperatura.

Quebra de avalanche

Este tipo de ruptura ocorre na tensão de polarização reversa acima de 8 V e superior. Isso ocorre para diodos levemente dopados com uma grande tensão de ruptura. Como portadores de carga minoritários (elétrons) fluem através do dispositivo, eles tendem a colidir com os elétrons na ligação covalente e causar a ruptura da ligação covalente. Conforme a tensão aumenta, a energia cinética (velocidade) dos elétrons também aumenta e as ligações covalentes são mais facilmente rompidas, causando um aumento nos pares elétron-lacuna. A tensão de ruptura da avalanche aumenta com a temperatura.

3 aplicações de diodo Zener

1. Diodo Zener como uma tensão

Em um circuito CC, o diodo Zener pode ser usado como um regulador de tensão ou para fornecer referência de tensão. O principal uso do diodo Zener reside no fato de que a tensão em um diodo Zener permanece constante para uma mudança maior na corrente. Isso torna possível usar um diodo Zener como um dispositivo de tensão constante ou um regulador de tensão.

Em qualquer circuito de alimentação , um regulador é usado para fornecer uma tensão de saída (carga) constante, independentemente da variação na tensão de entrada ou variação na corrente de carga. A variação na tensão de entrada é chamada de regulação de linha, enquanto a variação na corrente de carga é chamada de regulação de carga.

Diodo Zener como regulador de tensão

Diodo Zener como regulador de tensão

Um circuito simples envolvendo o diodo Zener como regulador requer um resistor de baixo valor conectado em série com a fonte de tensão de entrada. O valor baixo é necessário para permitir o fluxo máximo de corrente através do diodo, conectado em paralelo. No entanto, a única restrição é que a corrente através do diodo Zener não deve ser menor que a corrente mínima do diodo Zener. Simplificando, para uma tensão de entrada mínima e uma corrente de carga máxima, a corrente do diodo Zener deve ser sempre Izmin.

Ao projetar um regulador de tensão usando um diodo Zener, o último é escolhido de acordo com sua classificação de potência máxima. Em outras palavras, a corrente máxima através do dispositivo deve ser: -

eumax= Potência / Tensão Zener

Uma vez que a tensão de entrada e a tensão de saída necessária são conhecidas, é mais fácil escolher um diodo Zener com uma tensão aproximadamente igual à tensão de carga, ou seja, Vz ~ = Vou.

O valor do resistor em série é escolhido para ser

R = (Vno- Vcom)/(EUzmin+ Ieu), onde eueu= Tensão de carga / resistência de carga.

Observe que para tensões de carga de até 8 V, um único diodo Zener pode ser usado. No entanto, para tensões de carga acima de 8 V, exigindo tensões Zener de valor de tensão mais alto, é aconselhável usar um diodo polarizado direto em série com o diodo Zener. Isso ocorre porque o diodo Zener em voltagem mais alta segue o princípio de quebra de avalanche, tendo uma temperatura positiva do coeficiente.

Portanto, um diodo de coeficiente de temperatura negativo é usado para compensação. É claro que hoje em dia são usados ​​diodos Zener com compensação de temperatura prática.

2. Diodo Zener como referência de tensão

Diodo Zener como referência de tensão

Diodo Zener como referência de tensão

Em fontes de alimentação e muitos outros circuitos, o diodo Zener encontra sua aplicação como um provedor de tensão constante ou uma referência de tensão. As únicas condições são que a tensão de entrada deve ser maior do que a tensão Zener e o resistor em série deve ter um valor mínimo de forma que a corrente máxima flua através do dispositivo.

3. Diodo Zener como um grampo de tensão

Em um circuito envolvendo a fonte de entrada CA, diferente do normal Circuito de fixação de diodo PN , um diodo Zener também pode ser usado. O diodo pode ser usado para limitar o pico da tensão de saída à tensão Zener em um lado e a cerca de 0 V no outro lado da forma de onda senoidal.

diodo zener como grampo de tensão

diodo zener como grampo de tensão

No circuito acima, durante o meio ciclo positivo, uma vez que a tensão de entrada é tal que o diodo zener é polarizado reversamente, a tensão de saída é constante por um certo período de tempo até que a tensão comece a diminuir.

Agora, durante o meio ciclo negativo, o diodo Zener está enviando a conexão polarizada. Conforme a tensão negativa aumenta para a tensão limite de encaminhamento, o diodo começa a conduzir e o lado negativo da tensão de saída é limitado à tensão limite.

Observe que, para obter uma tensão de saída apenas na faixa positiva, use dois diodos Zener com polarização oposta em série.

Aplicações de trabalho do diodo Zener

Com a crescente popularidade dos smartphones, projetos baseados em Android estão sendo preferidos atualmente. Esses projetos envolvem o uso de Bluetooth dispositivos baseados em tecnologia. Esses dispositivos Bluetooth requerem voltagem de cerca de 3 V para operação. Nesses casos, um diodo Zener é usado para fornecer uma referência de 3 V ao dispositivo Bluetooth.

Aplicação funcional do diodo zener envolvendo um dispositivo Bluetooth

Aplicação funcional do diodo Zener envolvendo um dispositivo Bluetooth

Outra aplicação envolve o uso do diodo Zener como regulador de tensão. Aqui, a tensão CA é retificada pelo diodo D1 e filtrada pelo capacitor. Esta tensão DC filtrada é regulada pelo diodo para fornecer uma tensão de referência constante de 15V. Esta tensão DC regulada é usada para acionar o circuito de controle, usado para controlar a comutação da luz, como em um sistema de controle de iluminação automatizado.

Aplicação de regulação de tensão do diodo Zener

Aplicação de regulação de tensão do diodo Zener

Esperamos ter sido capazes de fornecer informações precisas, porém essenciais, sobre o funcionamento do diodo Zener e suas aplicações. Aqui está uma pergunta simples para os leitores - Por que os CIs reguladores são mais preferidos em relação ao diodo Zener em fontes de alimentação CC reguladas?

Dê suas respostas e, claro, seu feedback na seção de comentários abaixo.

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