Semicondutores: - Diodo zener

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  1. 1. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 11
  2. 2. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 22 Junções P-N – Diodo semicondutorJunções P-N – Diodo semicondutor Princípio de funcionamentoPrincípio de funcionamento Este movimento de cargas devido ao campo elétrico criado na junção devido às cargas fixas deEste movimento de cargas devido ao campo elétrico criado na junção devido às cargas fixas de doadores e aceitadores, constitui uma corrente chamada de corrente de deriva (contrária a correntedoadores e aceitadores, constitui uma corrente chamada de corrente de deriva (contrária a corrente de difusão). Assim, para que haja condução de corrente pela junção, electrões livres e lacunas emde difusão). Assim, para que haja condução de corrente pela junção, electrões livres e lacunas em maioria nos diferentes semicondutores, estes precisam de vencer esta barreira de potencial, ou seja,maioria nos diferentes semicondutores, estes precisam de vencer esta barreira de potencial, ou seja, precisam possuir energia maior que VD.precisam possuir energia maior que VD. O princípio de funcionamento de dispositivos electrónicos, como diodos rectificadores e transistores,O princípio de funcionamento de dispositivos electrónicos, como diodos rectificadores e transistores, baseiam-se no comportamento de junções entre semicondutores tipo P e tipo N, denominadas debaseiam-se no comportamento de junções entre semicondutores tipo P e tipo N, denominadas de junção P-N. A junção tem a propriedade de umjunção P-N. A junção tem a propriedade de um rectificador electrónicorectificador electrónico, isto é, faz com que um fluxo de, isto é, faz com que um fluxo de corrente eléctrica tome somente uma direcção, transformando, por exemplo, tensão alternada emcorrente eléctrica tome somente uma direcção, transformando, por exemplo, tensão alternada em tensão contínua (DC).tensão contínua (DC). Na prática, obtemos uma junção PN dopando um mesmo material com impurezas doadoras de umNa prática, obtemos uma junção PN dopando um mesmo material com impurezas doadoras de um lado e impurezas aceitadoras do outro. Alado e impurezas aceitadoras do outro. A diferença das concentraçõesdiferença das concentrações de electrões e lacunas nestesde electrões e lacunas nestes materiais, gera um processo de deslocamento de cargas na junção dos dois tipos de semicondutoresmateriais, gera um processo de deslocamento de cargas na junção dos dois tipos de semicondutores ((corrente de difusãocorrente de difusão). No equilíbrio, os electrões do material tipo-N preenchem as lacunas do material). No equilíbrio, os electrões do material tipo-N preenchem as lacunas do material tipo-P nas proximidades da junção, formando uma camada dupla de cargas fixas de átomos dadores etipo-P nas proximidades da junção, formando uma camada dupla de cargas fixas de átomos dadores e aceitadores chamada deaceitadores chamada de zona de deplexãozona de deplexão.. A formação de cargas fixas nesta região dá origem a uma diferença de potencial de contato (VD) ouA formação de cargas fixas nesta região dá origem a uma diferença de potencial de contato (VD) ou barreira de potencial na zona de deplexão. Desta forma, a região (ou zona) de deplexão age como umabarreira de potencial na zona de deplexão. Desta forma, a região (ou zona) de deplexão age como uma barreira (resistência alta) impedindo que os electrões e lacunas continuem a atravessar o plano dabarreira (resistência alta) impedindo que os electrões e lacunas continuem a atravessar o plano da junção.junção.
  3. 3. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 33 Uma tensão positiva adequada (forward bias) aplicada entre as duas extremidades daUma tensão positiva adequada (forward bias) aplicada entre as duas extremidades da junção PN, pode fornecer os electrões livres e lacunas com a energia extra. A tensãojunção PN, pode fornecer os electrões livres e lacunas com a energia extra. A tensão externa necessária para superar esta barreira de potencial que existe agora, é muitoexterna necessária para superar esta barreira de potencial que existe agora, é muito dependente do tipo de material semicondutor utilizado, e a sua temperatura real.dependente do tipo de material semicondutor utilizado, e a sua temperatura real. Tipicamente, á temperatura ambiente, a tensão através da camada de deplexão para oTipicamente, á temperatura ambiente, a tensão através da camada de deplexão para o silício é de cerca de 0,6-0,7 voltssilício é de cerca de 0,6-0,7 volts e parae para o germânio é de cerca de 0,3-0,35 voltso germânio é de cerca de 0,3-0,35 volts. Esta. Esta barreira de potencial existirá sempre, mesmo que o dispositivo não esteja ligado abarreira de potencial existirá sempre, mesmo que o dispositivo não esteja ligado a qualquer fonte de energia externa.qualquer fonte de energia externa. O significado desta barreira de potencial “built-in”, através da junção, é que ela se opõeO significado desta barreira de potencial “built-in”, através da junção, é que ela se opõe tanto o fluxo de lacunas ou buracos, como de electrões, através da junção e é por isso quetanto o fluxo de lacunas ou buracos, como de electrões, através da junção e é por isso que é chamado de “é chamado de “barreira de potencialbarreira de potencial”.”. Na prática, uma junção PN é formada dentro de um cristal único de material, em vez deNa prática, uma junção PN é formada dentro de um cristal único de material, em vez de simplesmente aderir ou fundir duas peças separadas. Os contatos elétricos também sãosimplesmente aderir ou fundir duas peças separadas. Os contatos elétricos também são fundidos em ambos os lados do cristal, para permitir a ligação eléctrica a um circuitofundidos em ambos os lados do cristal, para permitir a ligação eléctrica a um circuito externo. O dispositivo resultante, é chamado umexterno. O dispositivo resultante, é chamado um diodo de junção PNdiodo de junção PN ouou diodo de sinaldiodo de sinal.. Princípio de funcionamento:Princípio de funcionamento: Propriedades - Barreira de potencialPropriedades - Barreira de potencial Junções P-N – Diodo semicondutorJunções P-N – Diodo semicondutor
  4. 4. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 44 Região -Região - NN Região -Região - PP JunçãoJunção PPNN VoltsVoltsIIRR IIDD Potencial “Built-in”Potencial “Built-in” 0,3 – 0,7V0,3 – 0,7V Quando um diodo é ligado numa condição deQuando um diodo é ligado numa condição de polarização zero, nenhuma energia potencial externa épolarização zero, nenhuma energia potencial externa é aplicada à junção PN.aplicada à junção PN. No entanto, se os terminais de diodos são curto-No entanto, se os terminais de diodos são curto- circuitados, algumas lacunas(portadores maioritários) nocircuitados, algumas lacunas(portadores maioritários) no material do tipo P têm a energia suficiente paramaterial do tipo P têm a energia suficiente para ultrapassar a barreira de potencial, e irão mover-seultrapassar a barreira de potencial, e irão mover-se através da junção, contra a “barreira de potencial”. Istoatravés da junção, contra a “barreira de potencial”. Isto é conhecido como oé conhecido como o corrente de derivacorrente de deriva e é referida comoe é referida como IIFF.. Do mesmo modo, as lacunas geradas no material do tipoDo mesmo modo, as lacunas geradas no material do tipo NN (portadores minoritários), através desta situação favorável, movem-(portadores minoritários), através desta situação favorável, movem- se através da junção na direcção oposta. Isto é conhecido como ose através da junção na direcção oposta. Isto é conhecido como o "corrente inversa" ("corrente inversa" (reverse currentreverse current) e é referenciada como I) e é referenciada como IDD. Esta. Esta transferência de electrões e lacunas através da junção PN étransferência de electrões e lacunas através da junção PN é conhecida comoconhecida como difusãodifusão.. Polarização do diodo:Polarização do diodo: Sem polarizaçãoSem polarização (Zero Biased Junction Diode)(Zero Biased Junction Diode) Diodo SemicondutorDiodo Semicondutor
  5. 5. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 55 Polarização do diodo:Polarização do diodo: Sem polarizaçãoSem polarização (Zero Biased Junction Diode)(Zero Biased Junction Diode) Região -Região - NN Região -Região - PP JunçãoJunção PPNN A barreira de potencial que existe agora desencoraja a difusãoA barreira de potencial que existe agora desencoraja a difusão de mais quaisquer portadores maioritários através da junção.de mais quaisquer portadores maioritários através da junção. No entanto, a barreira de potencial ajuda os portadoresNo entanto, a barreira de potencial ajuda os portadores minoritários (poucos electrões livres da região -minoritários (poucos electrões livres da região - PP, e alguns, e alguns buracos da região -buracos da região - NN, à deriva, através da junção., à deriva, através da junção. Os portadores minoritários são constantemente gerados devido à energia térmica, peloOs portadores minoritários são constantemente gerados devido à energia térmica, pelo que, este estado de equilíbrio pode ser quebrado por aumento da temperatura da junçãoque, este estado de equilíbrio pode ser quebrado por aumento da temperatura da junção PN, causando um aumento da geração de portadores minoritários, resultando assim numPN, causando um aumento da geração de portadores minoritários, resultando assim num aumento da corrente de fuga, masaumento da corrente de fuga, mas uma corrente eléctrica não pode fluiruma corrente eléctrica não pode fluir uma vez queuma vez que nenhum circuito está ligado à junção PN.nenhum circuito está ligado à junção PN. Depois, estabelecer-se-á um "equilíbrio" que será estabelecido quando se moverem emDepois, estabelecer-se-á um "equilíbrio" que será estabelecido quando se moverem em direcções opostas, os portadores maioritários em igual número, de modo que o resultadodirecções opostas, os portadores maioritários em igual número, de modo que o resultado líquido é corrente zero a fluir no circuito. Quando isto ocorre, a junção é dita estar numlíquido é corrente zero a fluir no circuito. Quando isto ocorre, a junção é dita estar num estado de "estado de "equilíbrio dinâmicoequilíbrio dinâmico".". Diodo SemicondutorDiodo Semicondutor
  6. 6. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 66 Quando um diodo é ligado numa condição de polarizaçãoQuando um diodo é ligado numa condição de polarização directa, uma tensão negativa é aplicada ao material do tipodirecta, uma tensão negativa é aplicada ao material do tipo NN,, e uma tensão positiva é aplicada ao material do tipoe uma tensão positiva é aplicada ao material do tipo PP. Se esta. Se esta tensão externa se tornar maior do que o valor da barreira detensão externa se tornar maior do que o valor da barreira de potencial, aprox. 0,7 volts para o silício e 0,3 V para opotencial, aprox. 0,7 volts para o silício e 0,3 V para o germânio, o potencial da barreira de oposição, será superada egermânio, o potencial da barreira de oposição, será superada e a corrente eléctrica começará a fluir.a corrente eléctrica começará a fluir. Região -Região - NN Região -Região - PP JunçãoJunção PPNN Camada de DeplexãoCamada de Deplexão (muito pequena)(muito pequena) Voltagem de Polarização DirectaVoltagem de Polarização Directa Isto acontece porque a tensão negativa empurra ou repele osIsto acontece porque a tensão negativa empurra ou repele os electrões em direcção à junção, dando-lhes energia para aelectrões em direcção à junção, dando-lhes energia para a atravessar e combinarem-se com as lacunas, que são tambématravessar e combinarem-se com as lacunas, que são também empurradas na direcção da junção, na direcção oposta, pelaempurradas na direcção da junção, na direcção oposta, pela tensão positiva. Isso resulta numa curva de características detensão positiva. Isso resulta numa curva de características de fluxo de corrente zero, até ao ponto de tensão, o chamadofluxo de corrente zero, até ao ponto de tensão, o chamado "joelho" nas curvas estáticas, e em seguida um elevado fluxo"joelho" nas curvas estáticas, e em seguida um elevado fluxo de corrente através do diodo com um pequeno aumento nade corrente através do diodo com um pequeno aumento na tensão externa, a partir de 0,3 – 07 volts.tensão externa, a partir de 0,3 – 07 volts. RR ++ -- IIDD max.max. Diodo SemicondutorDiodo Semicondutor Polarização do diodoPolarização do diodo:: Polarização directaPolarização directa (Forward Biased Junction Diode)(Forward Biased Junction Diode)
  7. 7. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 77 Voltagem de Polarização Directa (Voltagem de Polarização Directa (VVFF voltsvolts)) Corrente DirectaCorrente Directa ((IIFF mAmA)) Polarização do diodoPolarização do diodo:: Polarização directaPolarização directa (Forward Biased Junction Diode)(Forward Biased Junction Diode) Curva característica de um diodo de junção com polarização directaCurva característica de um diodo de junção com polarização directa Região -Região - NN Região -Região - PP JunçãoJunção PPNN Camada de DeplexãoCamada de Deplexão (muito pequena)(muito pequena) Voltagem de Polarização DirectaVoltagem de Polarização Directa A aplicação de uma tensão de polarização directa na junção do diodo, resulta na camada de deplexãoA aplicação de uma tensão de polarização directa na junção do diodo, resulta na camada de deplexão se tornar muito fina e estreita, o que representa um trajecto de baixa impedância através da junção,se tornar muito fina e estreita, o que representa um trajecto de baixa impedância através da junção, permitindo assim altos fluxos de corrente. O ponto em que este aumento súbito da corrente tem lugar,permitindo assim altos fluxos de corrente. O ponto em que este aumento súbito da corrente tem lugar, está representada na curva I-V estática característica, acima do ponto de "joelho".está representada na curva I-V estática característica, acima do ponto de "joelho". JoelhoJoelho Diodo deDiodo de SilícioSilício Região deRegião de PolarizaçãoPolarização DirectaDirecta Uma vez que o diodo pode conduzir corrente "infinita" acima deste ponto “joelho” pois torna-seUma vez que o diodo pode conduzir corrente "infinita" acima deste ponto “joelho” pois torna-se efectivamente um curto-circuito, são usadas, resistências em série com o diodo afim de limitar o seu​​efectivamente um curto-circuito, são usadas, resistências em série com o diodo afim de limitar o seu​​ fluxo de corrente. Ultrapassar o valor de corrente directa máxima especificada, resulta emfluxo de corrente. Ultrapassar o valor de corrente directa máxima especificada, resulta em sobreaquecimento e posterior falha do dispositivo.sobreaquecimento e posterior falha do dispositivo. Diodo SemicondutorDiodo Semicondutor
  8. 8. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 88 PP NN - - - - - - - - + + + + + + + + Região Carga Espacial Junção PN em aberto NP - - - - + + + + VVFF Polarização DirectaPolarização Directa Polarização do diodoPolarização do diodo:: Polarização directaPolarização directa ((Diodo SemicondutorDiodo Semicondutor
  9. 9. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 99 Polarização do diodoPolarização do diodo:: Polarização inversaPolarização inversa (Reverse Biased Junction Diode)(Reverse Biased Junction Diode) Região -Região - NN Região -Região - PP JunçãoJunção PPNN Voltagem de Polarização InversaVoltagem de Polarização Inversa Maior camada de DeplexãoMaior camada de Deplexão O resultado líquido é que a camada de deplexão cresce mais,O resultado líquido é que a camada de deplexão cresce mais, devido a uma falta de electrões e lacunas, e apresenta umdevido a uma falta de electrões e lacunas, e apresenta um caminho de alta impedância, quase um isolante. O resultado écaminho de alta impedância, quase um isolante. O resultado é criar uma alta barreira de potencial impedindo assim o fluxocriar uma alta barreira de potencial impedindo assim o fluxo de corrente através do material semicondutor.de corrente através do material semicondutor. Quando um diodo é ligado numa condição de polarizaçãoQuando um diodo é ligado numa condição de polarização inversa, uma tensão positiva é aplicada ao material do tipoinversa, uma tensão positiva é aplicada ao material do tipo N, e uma tensão negativa é aplicado ao material de tipo P. AN, e uma tensão negativa é aplicado ao material de tipo P. A voltagem positiva aplicada ao material do tipo N atraivoltagem positiva aplicada ao material do tipo N atrai electrões para o eléctrodo positivo e aumenta a distância aelectrões para o eléctrodo positivo e aumenta a distância a partir da junção, enquanto as lacunas também são atraídaspartir da junção, enquanto as lacunas também são atraídas para eléctrodo negativo da fonte afastando-se assim dapara eléctrodo negativo da fonte afastando-se assim da junção.junção. Esta circunstância dá um valor elevado de resistência à junção PN eEsta circunstância dá um valor elevado de resistência à junção PN e praticamente zero a corrente fluir através do díodo de junção com umpraticamente zero a corrente fluir através do díodo de junção com um aumento na tensão de polarização inversa.aumento na tensão de polarização inversa. Diodo SemicondutorDiodo Semicondutor
  10. 10. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 1010 P N - - - - - - - - + + + + + + + + Região Carga Espacial Junção PN em aberto - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + P N Polarização InversaPolarização Inversa VR Polarização do diodoPolarização do diodo:: Polarização InversaPolarização Inversa ((Diodo SemicondutorDiodo Semicondutor
  11. 11. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 1111 Voltagem Inversa (Voltagem Inversa (--VRVR)) No entanto, uma pequena corrente de fuga flui através daNo entanto, uma pequena corrente de fuga flui através da junção, e que pode ser medida, na ordem de microamperesjunção, e que pode ser medida, na ordem de microamperes ((µµA). Se a tensão de polarização inversa VR aplicada ao diodoA). Se a tensão de polarização inversa VR aplicada ao diodo for elevada para um valor suficientemente alto, fará a junçãofor elevada para um valor suficientemente alto, fará a junção PN superaquecer e falhar devido aoPN superaquecer e falhar devido ao efeito de avalancheefeito de avalanche emem torno da junção. Isto pode fazer com que o diodo entre emtorno da junção. Isto pode fazer com que o diodo entre em curto-circuito e irá resultar na passagem da corrente máximacurto-circuito e irá resultar na passagem da corrente máxima no circuito.no circuito. Polarização do diodoPolarização do diodo:: Polarização inversaPolarização inversa (Reverse Biased Junction Diode)(Reverse Biased Junction Diode) Região deRegião de PolarizaçãoPolarização InversaInversa --VZVZ Região deRegião de ReverseReverse BreakdownBreakdown Por vezes, estePor vezes, este efeito de avalancheefeito de avalanche temtem aplicações práticas em circuitosaplicações práticas em circuitos estabilizadores de tensão em que umaestabilizadores de tensão em que uma limitadora em série é utilizada com o diodolimitadora em série é utilizada com o diodo a limitar a corrente a um valor máximo pré-a limitar a corrente a um valor máximo pré- estabelecido, e assim, produzir uma saída deestabelecido, e assim, produzir uma saída de tensão fixa através do diodo de rupturatensão fixa através do diodo de ruptura inversa. Estes tipos de diodos sãoinversa. Estes tipos de diodos são comumente conhecidos comocomumente conhecidos como Diodos ZenerDiodos Zener.. Região -Região - NN Região -Região - PP JunçãoJunção PPNN Maior camada de DeplexãoMaior camada de Deplexão Voltagem de Polarização InversaVoltagem de Polarização Inversa Diodo SemicondutorDiodo Semicondutor
  12. 12. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 1212 FuncionamentoFuncionamento http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/diode.htmlhttp://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/linearcircuits/diode.html Diodo SemicondutorDiodo Semicondutor
  13. 13. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 1313 O diodo Zener é como um diodo de sinal de uso geral, que consiste de uma junção PN deO diodo Zener é como um diodo de sinal de uso geral, que consiste de uma junção PN de silício.silício. Quando polarizado directamente, ele se comporta como um diodo de sinal padrãoQuando polarizado directamente, ele se comporta como um diodo de sinal padrão,, passando a corrente nominal, mas assim que a tensão inversa aplicada sobre o diodopassando a corrente nominal, mas assim que a tensão inversa aplicada sobre o diodo Zener exceder as da tensão nominal do dispositivo VZener exceder as da tensão nominal do dispositivo VZZ, (breakdown voltage) ou tensão de, (breakdown voltage) ou tensão de ruptura altura, é atingido um processo chamado de “ruptura altura, é atingido um processo chamado de “avalancheavalanche) na camada de depleção do) na camada de depleção do semicondutor, e a corrente começa a fluir através do diodo, limitando assim o aumento nasemicondutor, e a corrente começa a fluir através do diodo, limitando assim o aumento na tensão.tensão. Diodo ZenerDiodo Zener Esta tensão do ponto de ruptura VEsta tensão do ponto de ruptura VZZ, é chamada, é chamada de "tensão Zener“, e pode variar de menos dode "tensão Zener“, e pode variar de menos do que um, a centenas de volts.que um, a centenas de volts. A corrente flui através do diodo zenerA corrente flui através do diodo zener aumentando drasticamente para oaumentando drasticamente para o valor máximo (que é geralmentevalor máximo (que é geralmente limitada por uma resistência emlimitada por uma resistência em série) que atingindo a saturaçãosérie) que atingindo a saturação inversa, permanece constante.inversa, permanece constante. Knee-Knee-10% I10% IZZ maxmax --------------------25% I--------------------25% IZZ maxmax --------------------100% I--------------------100% IZZ maxmax ∆∆IIZZ ∆∆VVZZ Impedância Zener-DImpedância Zener-D==∆∆VVZZ// ∆∆ IIZZ
  14. 14. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 1414 VVZZ Z Z Z I V Z Δ Δ = ZIΔ ZVΔ 00 ++VVFF--VVRR IIRR IIFF IIZminZmin IIZmaxZmax IdealIdeal RealReal VVFF→→ 0,3-0,7V0,3-0,7V Diodo ZenerDiodo Zener Circuito EquivalenteCircuito Equivalente Curva IV CaracterísticaCurva IV Característica Circuito equivalente modelo do diodo Zener e curvaCircuito equivalente modelo do diodo Zener e curva característica ilustrando (Zcaracterística ilustrando (ZZZ) – Resistência dinâmica.) – Resistência dinâmica.  Um ponto importante do zener é a inclinação da curva Volt-ampere na faixa de operação . SejaUm ponto importante do zener é a inclinação da curva Volt-ampere na faixa de operação . Seja ZZZZ == ∆∆VVZZ // ∆∆ IIZZ o inverso da inclinação, onde Zo inverso da inclinação, onde ZZZ é a resistência dinâmica ; se houver uma mudançaé a resistência dinâmica ; se houver uma mudança ∆∆ IIZZ na corrente de operação do doido, haverá uma mudançana corrente de operação do doido, haverá uma mudança ∆∆ VVZZ = Z= ZZZ ∆∆ IIZZ na tensão dena tensão de operação.operação.
  15. 15. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 1515 Vout = Vz RR RRLLVVzz VVoutout FONTE SEM REGULAÇÃO VVinin Vz Vp A tensão Vin deve ser sempreA tensão Vin deve ser sempre maior que a tensão VZ.maior que a tensão VZ. Interessa que Vin não sejaInteressa que Vin não seja muito maior que Vout.muito maior que Vout. A diferença entre ambas asA diferença entre ambas as tensões é dissipada natensões é dissipada na resistência R.resistência R.  O diodo de Zener é utilizado com "polarização inversa" , isto é o ânodo liga-se ao negativo da alimentação. A partirO diodo de Zener é utilizado com "polarização inversa" , isto é o ânodo liga-se ao negativo da alimentação. A partir curva IV características anterior, podemos ver que o diodo zener tem uma região na sua característica inversa, decurva IV características anterior, podemos ver que o diodo zener tem uma região na sua característica inversa, de uma tensão negativa constante, independentemente do valor da corrente que flui através do diodo e permaneceuma tensão negativa constante, independentemente do valor da corrente que flui através do diodo e permanece quase constante, mesmo com grandes mudanças, desde que a corrente no zener permaneça entre os valores de IZquase constante, mesmo com grandes mudanças, desde que a corrente no zener permaneça entre os valores de IZ (min) e a corrente máxima classificação IZ (max).(min) e a corrente máxima classificação IZ (max). Diodo ZenerDiodo Zener Circuito ReguladorCircuito Regulador
  16. 16. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 1616 Diodo ZenerDiodo Zener Circuito ReguladorCircuito Regulador ++ __
  17. 17. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 1717  Efeito Zener e “Ripple”Efeito Zener e “Ripple” Carga em curtoCarga em curto Sem CargaSem Carga Diodo ZenerDiodo Zener Circuito ReguladorCircuito Regulador ++ ++ Essencialmente, o diodo Zener é um regulador paralelo (com a carga RL). Na ausência deEssencialmente, o diodo Zener é um regulador paralelo (com a carga RL). Na ausência de carga toda a corrente passa através do Zener, e a potência é dissipada em RS.carga toda a corrente passa através do Zener, e a potência é dissipada em RS.
  18. 18. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 1818 Diodo ZenerDiodo Zener Circuito ReguladorCircuito Regulador Regulação de linhaRegulação de linha == ∆∆VVoutout//∆∆VVinin Regulação de CargaRegulação de Carga == ∆∆VVoutout//∆∆IILL  Efeito Zener e “Ripple”Efeito Zener e “Ripple” VVoutout SLZ LZ rZout RRZ RZ VVV + += )||( )||( ZZZZ ReguladorRegulador tt VVinin VVrr VVDCDC tt VVoutout VVZZ VVrr VVZZ
  19. 19. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 1919 Diodo ZenerDiodo Zener Circuito ReguladorCircuito Regulador: Exercício: Exercício ++ __ VVZZ VVoutout= -V= -VZZ SS VVinin IIZZ IIZZ Dados:Dados: Curva I-V do diodo zener, RS=1kCurva I-V do diodo zener, RS=1kΩΩ Calcular:Calcular: Voltagem de saída VVoltagem de saída Voutout, com V, com Vinin =15V=15V e Ve Vinin= 20V= 20V  -10,5V-10,5V :"Q", temosao pontoEm relação 0VIRV ga:nha de carecta ou liKVL dá a r ZZSin =+×+  15 Va V10.0 V parV inout == 20 Va V10.5 V parV inout == .outaída V0.5V na stradae 5V na enVariação d ⇒ Qualquer Zener actual tem uma performance melhor do que isto.Qualquer Zener actual tem uma performance melhor do que isto.
  20. 20. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 2020 Diodo ZenerDiodo Zener Circuito ReguladorCircuito Regulador: Funcionamento: Funcionamento VVinin VVinin >> VVZZ Corrente AumentaCorrente Aumenta Tensão constanteTensão constante VVinin VVinin >> VVZZ Corrente diminuiCorrente diminui Tensão constanteTensão constante Aumento da tensão de EntradaAumento da tensão de Entrada Diminuição da tensão de EntradaDiminuição da tensão de Entrada IIZminZmin << IIZZ << IIZmaxZmax
  21. 21. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 2121 ElementoElemento SérieSérie ElementoElemento de Controlode Controlo QQ11 Rc Vz Vin Vo R2 R1R RS Circuito deCircuito de AmostragemAmostragem Tensão deTensão de ReferênciaReferência CircuitoCircuito ComparadorComparador Diodo ZenerDiodo Zener Circuito Regulador ParaleloCircuito Regulador Paralelo: Com Amplificador Operacional: Com Amplificador Operacional
  22. 22. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 2222 Elemento de ControloElemento de Controlo R RL Vz Vin Q1 Vo R2 R1 Circuito de AmostragemCircuito de AmostragemTensão de ReferênciaTensão de Referência Diodo ZenerDiodo Zener Circuito Regulador SérieCircuito Regulador Série : Com Amplificador Operacional: Com Amplificador Operacional VVoo = ———— · V= ———— · Vzz RR11 + R+ R22 RR22 O Circuito regulador Série, tem a vantagem de só consumir potência na presença de carga…O Circuito regulador Série, tem a vantagem de só consumir potência na presença de carga… CircuitoCircuito ComparadorComparador
  23. 23. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 2323 Além de produzir uma única tensão de saída estabilizada, os diodos zener também podemAlém de produzir uma única tensão de saída estabilizada, os diodos zener também podem ser ligados em em série, como diodos de sinal normais de silício, para produzirem umaser ligados em em série, como diodos de sinal normais de silício, para produzirem uma variedade de diferentes valores tensão de referência na saída, como mostrado abaixo.variedade de diferentes valores tensão de referência na saída, como mostrado abaixo.   BZX55 Zener Diode Power Rating 500mWBZX55 Zener Diode Power Rating 500mW 2.4V2.4V 2.7V2.7V 3.0V3.0V 3.3V3.3V 3.6V3.6V 3.9V3.9V 4.3V4.3V 4.7V4.7V 5.1V5.1V 5.6V5.6V 6.2V6.2V 6.8V6.8V 7.5V7.5V 8.2V8.2V 9.1V9.1V 10V10V 11V11V 12V12V 13V13V 15V15V 16V16V 18V18V 20V20V 22V22V 24V24V 27V27V 30V30V 33V33V 36V36V 39V39V 43V43V 47V47V   BZX85 Zener Diode Power Rating 1.3WBZX85 Zener Diode Power Rating 1.3W 3.3V3.3V 3.6V3.6V 3.9V3.9V 4.3V4.3V 4.7V4.7V 5.1V5.1V 5.65.6 6.2V6.2V 6.8V6.8V 7.5V7.5V 8.2V8.2V 9.1V9.1V 10V10V 11V11V 12V12V 13V13V 15V15V 16V16V 18V18V 20V20V 22V22V 24V24V 27V27V 30V30V 33V33V 36V36V 39V39V 43V43V 47V47V 51V51V 56V56V 62V62V Os valores dos diodos Zener podem serOs valores dos diodos Zener podem ser escolhidos individualmente para atender aescolhidos individualmente para atender a um valor pedido, enquanto o diodo de silícioum valor pedido, enquanto o diodo de silício tem sempre uma queda de 0.6 - 0.7V natem sempre uma queda de 0.6 - 0.7V na condição de polarização direta.condição de polarização direta. A tensão de alimentação, Vin deve,A tensão de alimentação, Vin deve, evidentemente, ser maior do que aevidentemente, ser maior do que a maior potência e tensão de referência,maior potência e tensão de referência, no nosso exemplo é 19v.no nosso exemplo é 19v. Diodo ZenerDiodo Zener Circuito Regulador- Valores standardCircuito Regulador- Valores standard
  24. 24. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 2424 Os circuitos deOs circuitos de fixaçãofixação e dee de limitação,limitação, e protecção,e protecção, são usados para moldar ou​​são usados para moldar ou​​ modificar uma entrada de onda AC (ou qualquer sinusoide) para uma forma de onda demodificar uma entrada de onda AC (ou qualquer sinusoide) para uma forma de onda de saída diferente, dependendo do arranjo do circuito.saída diferente, dependendo do arranjo do circuito. Diodo ZenerDiodo Zener Circuitos LimitadoresCircuitos Limitadores
  25. 25. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 2525 Diodo ZenerDiodo Zener TestesTestes Os testes devem de ser executados com um multímetro digital Normal …Os testes devem de ser executados com um multímetro digital Normal … Zener de 5,1VZener de 5,1V
  26. 26. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 2626
  27. 27. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 2727
  28. 28. SemicondutoresSemicondutores:: Diodo ZenerDiodo Zener 10-10-1310-10-13 PorPor :: Luís TimóteoLuís Timóteo 2828 BibliografiasBibliografias http://www.williamson-labs.com/480_xtor.htmhttp://www.williamson-labs.com/480_xtor.htm http://www2.eng.cam.ac.uk/~dmh/ptialcd/http://www2.eng.cam.ac.uk/~dmh/ptialcd/ http://www.yteach.co.za/page.php/resources/view_all?http://www.yteach.co.za/page.php/resources/view_all? id=potential_resistance_voltage_semiconductor_conductor_insulator_n_type_p_type_p_n_junction_n_p_diode_t_page_3id=potential_resistance_voltage_semiconductor_conductor_insulator_n_type_p_type_p_n_junction_n_p_diode_t_page_3 http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_3.htmlhttp://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_3.html http://content.tutorvista.com/physics_12/content/media/pn_junct_diode.swfhttp://content.tutorvista.com/physics_12/content/media/pn_junct_diode.swf http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electronic/photdet.htmlhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electronic/photdet.html http://www.thorlabs.com/tutorials.cfm?tabID=31760http://www.thorlabs.com/tutorials.cfm?tabID=31760 http://www.passo-a-passo.com/mec/3.2.3/05_teoria_frame.htmhttp://www.passo-a-passo.com/mec/3.2.3/05_teoria_frame.htm http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_3.htmlhttp://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_3.html

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