EB 51 2t Teoria, Notas de estudo de Eletrônica

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Eletrônica Eletrônica básica - Teoria

O diodo zener como

regulador de tensão

O diodo zener como regulador de tensão

© SENAI-SP, 2003

Trabalho editorado pela Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP, a partir dos conteúdos extraídos da apostila homônima O diodo zener como reparador de tensão - Teoria. SENAI - DN, RJ,

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Introdução

A maior aplicação do diodo zener reside na regulação de tensão de saída de fontes de alimentação. Através da utilização do diodo zener, em conjunto com um resistor, pode se conseguir que uma fonte de CC forneça tensão constante a uma carga.

Esta unidade apresenta o circuito regulador de tensão com diodo zener e explica o seu funcionamento, visando capacitá-lo a montar, testar e reparar fontes de CC que utilizem a regulação de tensão com diodo zener.

Pré-requisitos

Para ter sucesso no desenvolvimento dos conteúdos e atividades deste fascículo você já deverá ter conhecimentos relativos à:

• Diodo zener

Diodo zener como regulador

de tensão

As características de comportamento do diodo zener na região de ruptura permitem que o componente seja utilizado em circuitos que possibilitam a obtenção de uma tensão regulada, a partir de fontes que forneçam tensões variáveis ou mesmo com cargas de consumo variável.

Para que o diodo zener seja utilizado como regulador de tensão é necessário introduzir junto com o componente, no circuito regulador, um resistor que limite a corrente do zener abaixo do seu valor máximo (I (^) zmáximo).

A figura a seguir apresenta a configuração característica de um circuito regulador de tensão com o diodo zener.

A tensão sobre a carga é a mesma do diodo zener porque carga e zener estão em paralelo.

Funcionamento do circuito regulador

O circuito regulador com diodo zener deve receber na entrada uma tensão no mínimo 40% maior que o valor desejado na saída para que seja possível efetuar a regulação.

Assim, se a tensão de saída desejada é de 6V o circuito regulador deve utilizar um diodo zener com VZ = 6V e tensão de entrada de pelo menos 8,5V.

Através do resistor limitador circula a soma das correntes do zener e da carga.

Estas correntes provocam uma queda de tensão sobre o resistor, cujo valor é exatamente a diferença entre a tensão da entrada e a tensão do zener.

VRS = VENT - VZ

Esta é a condição normal de funcionamento do circuito.

Condições de regulação A partir da condição normal de funcionamento são possíveis três situações distintas:

• Regulação de tensão quando a tensão de entrada está sujeita a variações.
• Regulação de tensão quando o consumo de corrente de carga pode ser variável.
• Regulação de tensão quando a tensão de entrada e a corrente de carga variam.

Regulação de tensão com

tensão de entrada variável

Esta situação é muito comum em circuitos eletrônicos alimentados pela rede elétrica CA.

A tensão fornecida pelas fontes retificadoras alimentadas pela rede elétrica CA variam proporcionalmente em relação a tensão de entrada.

Para conseguir que a tensão CC fornecida aos circuitos eletrônicos alimentados pela rede CA seja constante, são utilizados circuitos reguladores com diodo zener. A seguir está descrita a forma como circuito regulador atua quando ocorre variação na tensão de entrada, tomando como referência um circuito na condição normal de funcionamento.

A soma das correntes do zener e carga (I (^) Z + I (^) RL) circula no resistor limitador.

Com acréscimo da corrente do zener aumenta também a corrente no resistor limitador Com acréscimo da corrente no resistor limitador a sua queda de tensão aumenta com pensando o aumento na tensão de entrada.

Na prática, observa-se um pequeno aumento na tensão zener (por exemplo de 6V par a 6,1V). A figura a seguir ilustra o comportamento do circuito regulador com o aumento da tensão de entrada.

Redução na tensão de entrada Quando há uma redução de entrada o zener se comporta de forma inversa.

Embora a tensão de entrada diminua, o zener em paralelo com a carga mantém a tensão de saída constante.

Para que a tensão no zener ( e na carga) permaneça constante a resistência interna do zener aumenta, de forma que a corrente zener diminui

Com a diminuição de I (^) Z a corrente que circula no resistor limitador (I (^) Z + I (^) RL) se reduz. Isto provoca a redução na queda de tensão no resistor limitador, compensando a redução na tensão de entrada.

Regulação de tensão com

corrente de carga variável

As variações de tensão de alimentação em função da corrente de carga ocorrem, principalmente, devido as características dos filtros utilizados nas fontes retificadoras.

A variação na tensão de ondulação na saída das fontes provoca alterações na tensão fornecida em função da corrente consumida pela carga.

O diodo zener pode ser utilizado, formando um circuito regulador, que possibilita o fornecimento de tensão constante, independente do consumo de corrente pela carga.

A seguir é analisada a forma como o diodo zener se comporta frente as variações da corrente de carga, tomando como base um circuito na condição normal, com valor de carga média.

Considerando-se que a tensão de entrada seja constante pode-se afirmar que a tensão sobre o resistor limitador é constante.

As figuras a seguir ilustram o que foi descrito.

I (^) RL = aumentou 20mA I (^) Z =diminuiu 20mA I (^) RS = permaneceu constante

Diminuição da corrente de carga

Quando a corrente de carga diminui, a corrente no zener aumenta, fazendo com que a corrente no limitador permaneça constante.

I z + I RL = constante I RL ↓ + Iz ↑ = constante

As figuras a seguir ilustram o comportamento do circuito com redução I (^) RL.

I (^) RL = diminui 20mA I (^) Z = aumentar 20mA I (^) RS = permanecem constante

Observe as duas situações de variação da corrente de carga se observa que o zener absorve estas variações, de forma que a tensão sobre a carga permaneça constante.