Díodo 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.

Díodo regulador de tensão: Destaca a sua principal aplicação, regular a tensão no circuito.
Díodo de tensão constante: Pela característica de manter uma tensão constante na região de ruptura, independentemente da corrente que flui.
Díodo de ruptura: Pela a sua capacidade de conduzir corrente de forma significativa quando a tensão aplicada excede a sua tensão de ruptura.
Díodo de condução reversa:Indica que, ao contrário da maioria dos diodos que conduzem apenas na polarização direta, o Zener funciona principalmente na polarização reversa.

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

O gráfico de funcionamento do zener mostra-nos que, directamente 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 V_z para uma determinada corrente I_ZT;

Díodo Zener Funcionamento — Funcionamento Zener

A utilização do díodo zener é limitada pelos seguintes parâmetros:

V_z – Tensão de zener (este valor é geralmente especificado para uma determinada corrente de teste I_ZT)
I_{z max} – Corrente de zener máxima, se for ultrapassada o díodo queima;
I_{z t} – Corrente de teste do zener;
I_{z min} – Corrente de zener mínima, abaixo deste valor não regula
P_z – Potência de dissipação (P_Z = V_Z x I_Z)
Desde que a potência não seja ultrapassada, o díodo zener pode trabalhar dentro da zona de ruptura sem ser destruído.

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

I_ZMax = P_ZM / V_Z
I_ZMax = máxima corrente de zener especificada
P_ZM = potência especificada
V_Z = tensão de zener

Impedância Zener Z_ZT

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 (Z_ZT), também referenciada à corrente de teste I_ZT para medir V_Z. 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 díodo zener — Circuito com diodo zener

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

I_RS = (V_E - V_Z) / R_S

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

q1 (V_Z = 0), temos: I = 9/470 = 19mA
q2 (V_Z = 0), temos: I = 12/470 = 25mA

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

q1 (IZ = 0), temos: VZ = 9V
q2 (IZ = 0), temos: VZ = 12V

Regulação tensão Zener — Regulação tensão

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

Cálculo Componentes Díodo Zener

Insira os valores	Zener - Res. Limitador
U_ent - Max. tensão entrada (Volts)
U_ent - Min. tensão entrada (Volts)
U_Z - Tensão saída (Volts)
I_Z - Corrente máx. saída (mA)

Resultados: R _Limitador Zener

Referências comuns de zeners

ZENER	ZENER	TENSÃO VOLTS	POTÊNCIA WATTS
1N746A	BZX79C3V3	3,3	0,5
1N747A	BZX79C3V6	3,6	0,5
1N748A	BZX79C3V9	3,9	0,5
1N750A	BZX79C4V7	4,7	0,5
1N751A	BZX79C5V1	5,1	0,5
1N752A	BZX79C5V6	5,6	0,5
1N753A	BZX79C6V2	6,2	0,5
1N754A	BZX79C6V8	6,8	0,5
1N755A	BZX79C7V5	7,5	0,5
1N756A	BZX79C8V2	8,2	0,5
1N757A	BZXT9C9V1	9,1	0,5
1N758A	BZX79C10	10	0,5
1N962B	BZX79C11	11	0,5
1N759A	BZXT9C12	12	0,5
1N964B	BZX79C13	13	0,5
1N965B	BZX79C15	15	0,5
1N966B	BZX79C16	16	0,5
1N967B	BZX79C18	18	0,5
1N968B	BZX79C20	20	0,5
1N969B	BZX79C22	22	0,5
1N970B	BZX79C24	24	0,5
1N971B	BZX79C27	27	0,5
1N972B	BZX79C30	30	0,5
1N973B	BZX79C33	33	0,5
1N4728A	BZX81C3V3	3,3	1
1N4729A	BZX81C3V6	3,6	1
1N4730A	BZX81C3V9	3,9	1
1N4731A	BZX81C4V3	4,3	1
1N4732A	BZX81C4V7	4,7	1
1N4733A	BZX81C5V1	5,1	1
1N4734A	BZX81C5V6	5,6	1
1N4735A	BZX81C6V2	6,2	1
1N4736A	BZX81C6V8	6,8	1
1N4737A	BZX81C7V5	7,5	1
1N4738A	BZX81C8V2	8,2	1
1N4739A	BZX81C9V1	9,1	1
1N4740A	BZX81C10	10	1
1N4741A	BZX81C11	11	1
1N4742A	BZX81C12	12	1
1N4743A	BZX81C13	13	1
1N4744A	BZX81C15	15	1
1N4745A	BZX81C16	16	1
1N4746A	BZX81C18	18	1
1N4747A	BZX81C20	20	1
1N4748A	BZX81C22	22	1
1N4749A	BZX81C24	24	1
1N4750A	BZX81C27	27	1
1N4751A	BZX81C30	30	1
1N4752A	BZX81C33	33	1

TENSÃO VOLTS	ZENER 0,5W	ZENER 1W	ZENER 5W
2,4	1N5221B	------------	-----------
2,7	1N5223B	------------	-----------
3.0	1N5225B	------------	-----------
3.3	1N5226B	1N4728A	1N5333B
3,6	1N5227B	1N4729A	1N5334B
3,9	1N5228B	1N4730A	1N5335B
4,3	1N5229B	1N4731A	1N5336B
4,7	1N5230B	1N4732A	1N5337B
5,1	1N5231B	1N4733A	1N5338B
5,6	1N5232B	1N4734A	1N5339B
6,0	1N5233B	-------------	1N5340B
6,2	1N5234B	1N4735A	1N5341B
6,8	1N5235B	1N4736A	1N5342B
7,5	1N5236B	1N4737A	1N5343B
8,2	1N5237B	1N4738A	1N5344B
8,7	-----------	-------------	1N5345B
9,1	1N5239B	1N4739A	1N5346B
10	1N5240B	1N4740A	1N5347B
11	1N5241B	-------------	1N5348B
12	1N5242B	1N4742A	1N5349B
13	1N5243B	1N4743A	1N5350B
14	-----------	-------------	1N5351B
15	1N5245B	1N4744A	1N5352B
16	1N5246B	1N4745A	1N5353B
18	1N5248B	1N4746A	1N5355B
20	1N5250B	1N4747A	1N5357B
22	1N5251B	1N4748A	1N5358B
24	1N5252	1N4749A	1N5359B
27	1N5254B	1N4750A	1N5361B
28	-----------	-------------	1N5362B
30	1N5256B	1N4751A	1N5363B
33	1N5257B	1N4752A	1N5364B
36	1N5258B	1N4753A	1N5365B
39	1N5259B	1N4754A	1N5366B
43	1N5260B	1N4755A	1N5367B
47	1N5261B	1N4756A	1N5368B
51	1N5262B	1N4757A	1N5369B
56	1N5263B	1N4758A	1N5370B
62	1N5265B	1N4759A	1N5372B
68	1N5266B	1N4760A	1N5373B
75	1N5267B	1N4761A	1N5374B
82	1N5268B	1N4762A	1N5375B
91	1N5270B	1N4763A	1N5377B
100	-----------	1N4764A	1N5378B
120	-----------	-------------	1N5380B
150	-----------	-------------	1N5383B
200	-----------	-------------	1N5388B

Fontes:
Hambley, Allan R., Electrónica, Prentice-Hall, 2000.
Irwin, J.David, Análisis básico de circuitos en ingeniería,1997.
Clóvis Antônio Petry, Circuitos com diodos e diodos Zener,2007-Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina.
Philips Databook, 1998.