5cap

1. Capítulo 5
Diodos Especiais
Como já vimos, os diodos retificadores são otimizados para a retificação. Entretanto, existem
outros tipos de diodos usados em diversas aplicações. Entre eles podemos citar o Zener, o LED,
o Schottky e o Varactor. Destes, apenas o Zener iremos ver em detalhes e os outros apenas
citaremos.
5.1 Diodo Zener
Os diodos retificadores nunca devem operar na região de ruptura, pois isto poderá danificá-los.
Um diodo Zener é diferente, ele é um diodo de silício que o fabricante aperfeiçoou para
trabalhar na região de ruptura. O diodo Zener quando polarizado inversamente (ânodo a um
potencial negativo em relação ao cátodo) permite manter uma tensão constante aos seus
terminais (VZ) sendo por isso muito utilizado na estabilização/regulação da tensão nos circuitos.
Nos circuitos reguladores de tensão a parte mais importante é o diodo Zener, pois são eles que
mantêm a tensão na carga praticamente constante apesar das grandes variações na tensão da
linda e da resistência de carga. Os diodos Zener podem ser fabricados com tensões de ruptura
entre 2 e 200 V, dependendo da dopagem dos diodos de silício.
Seu símbolo e o modelo real são mostrados abaixo:

2. 5.1.1 Gráfico IxV
O gráfico de funcionamento do Zener mostra-nos que, diretamente polarizado (1º quadrante),
ele conduz por volta de 0,7 V, como um diodo comum. Porém, na ruptura (3º quadrante), o
diodo 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 Vz para uma determinada corrente IZT;
A utilização do díodo Zener é limitada pelos seguintes parâmetros:
Vz – Tensão de Zener (este valor é geralmente especificado para uma determinada corrente de
teste IZT)
Izmáx – Corrente de Zener máxima
Izmin – Corrente de Zener mínima
Pz – Potência de dissipação (PZ = VZ x IZ)
Desde que a potência não seja ultrapassada, o díodo Zener pode trabalhar dentro da zona de
ruptura sem ser destruído.
Algumas especificações do fabricante inclui-se também a corrente máxima que um diodo pode
suportar, em função da máxima potência que o mesmo pode suportar.

3. IZMax = PZM / VZ
IZMax = máxima corrente de Zener especificada
PZM = potência especificada
VZ = tensão de Zener
5.1.2 Impedância Zener ZZT
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 (ZZT), também referenciada à corrente de teste IZT
para medir VZ. Assim por exemplo, para um diodo fictício 1NZX45, com as especificações VZT =
12 V; IZT = 20 mA e ZZT = 5 Ω, indica que o diodo Zener tem uma tensão de 12 V e uma
resistência de 5 Ω para uma corrente de 20 mA.
5.1.3 Regulação tensão
A finalidade de um regulador de tensão é manter uma saída o mais constante possível, mesmo
que a corrente varie. Para que isto ocorra devemos fazer a polarização reversa do Zener (veja
figura abaixo).
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. Para isso devemos ter
uma tensão na fonte maior que a tensão Zener (VS >VZ). Para evitar que o Zener se queime,
como qualquer outro dispositivo, devemos sempre colocar um resistor limitador de corrente
(RS) antes do diodo Zener.

4. A tensão pelo resistor em série é igual a diferença entre a tensão da fonte e a tensão Zener, V S
– VZ. Portanto, a corrente que circula por RS que é a corrente que circula pelo diodo Zener é
dada pela fórmula:
S Z
S
S
V V
I
R
−
=
Se eliminarmos a carga no circuito acima, temos o Zener em série com o resistor e com isso
teremos IZ = Is.
Para entender como funciona a regulação de tensão considere o circuito abaixo:
A corrente que circula por RS que é a própria corrente que circula pelo diodo Zener é dada pela
fórmula:
S Z
S
S
V V
I
R
−
=
Para entender como funciona a regulação de tensão, suponha que a tensão VE varie para 9V e
12V respectivamente.
Devemos então obter o ponto de saturação (interseção vertical), fazendo com que VZ = 0.
a) obtenção de q1 (VZ = 0), temos: I = 9/500 = 18mA
b) obtenção de q2 (VZ = 0), temos: I = 12/500 = 24mA
Para obter o ponto de ruptura (interseção horizontal), fazemos IZ = 0.
a) obtenção de q1 (IZ = 0), temos: VZ = 9V
b) obtenção de q2 (IZ = 0), temos: VZ = 12V

5. O gráfico então fica com o aspecto a seguir:
Analisando o gráfico acima, observa-se que embora a tensão VE varie para 9 V e 12 V
respectivamente, haverá mais corrente no diodo Zener implicando nas interseções q1 e q2.
Portanto embora a tensão VE tenha variado de 9 a 12 V, a tensão Zener ainda é
aproximadamente igual a 6 V.
Basta para isso comparar a diferença entre q1 e q2, onde se observa que a tensão de saída
permaneceu praticamente constante mesmo que a tensão de entrada tenha variado. Essa é a
ideia de regulação de tensão.
Algumas referências comuns de alguns Zener´s .
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

6. 5.1.4 DIODO ZENER IDEAL (1ª aproximação) E DIODO ZENER REAL ( 2ª aproximação)
Na primeira aproximação, podemos considerar a região de ruptura como uma linha vertical.
Isto quer dizer que a tensão de saída será sempre constante, embora ocorra uma grande
variação de corrente, o que equivale ignorar a resistência Zener. Isto implica que em um
circuito o diodo Zener pode ser substituído por uma fonte de tensão com resistência interna
nula.
Na segunda aproximação isto não ocorre, pois deve ser levada em consideração a resistência
Zener. Isto quer dizer que na região de ruptura a linha é ligeiramente inclinada, isto é, ao variar
a corrente, haverá uma variação, embora muito pequena, da tensão de saída.
Na segunda aproximação deve ser levada em consideração a resistência Zener (RZ) em série
com uma bateria ideal. Isto significa que quanto maior for a corrente, esta resistência produzirá
uma queda de tensão maior. Retornando ao gráfico anteriormente analisado, teremos então:
a) tensão em q1 será: V1 = I1 . RZ + VZ
b) tensão em q2 será: V2 = I2 . RZ + VZ
A variação da tensão de saída será dada por:
V2 - V1 = (I2 - I1).RZ ou ∆VZ = ∆IZRZ
Deduz-se então que quanto menor for a resistência Zener, menor será a variação da tensão de
saída.
5.1.5 Regulador com carga
Antes de qualquer coisa devemos verificar se o diodo Zener esta em funcionamento na região
de ruptura. Devido ao resistor de carga, a tensão de Thevenin que alimenta o diodo Zener é
menor que a tensão da fonte. Como calcular esta tensão de Thevenin? Simples, no circuito
abaixo imagine o diodo Zener retirado do circuito, o divisor de tensão permanece, formado por
RS e RL.

7. Com isso podemos calcular a tensão nos pontos do Zener, ou seja,
L
TH S
S L
R
V V
R R
=
+
Para o funcionamento na região de ruptura o diodo Zener, VTH deve ser maior que VZ. Esta é a
primeira relação que você deve observar no circuito regulador.
Colocando a carga no circuito, podemos facilmente notar que agora temos a corrente de série
diferente da corrente que passa pelo diodo Zener (IS ≠ IZ). Devido a isso devemos agora calcular
a corrente na carga e a corrente no diodo.
Como a resistência Zener tem essencialmente um efeito muito pequeno, podemos numa boa
aproximação igualar a tensão de carga a
L ZV V=
Isto nos permite usar a Lei de Ohm para calcular a corrente que passa pela carga
L Z
L
L L
V V
I
R R
= =
Como temos duas malhas, podemos usar a lei dos nós e descobrir a valor da corrente que
passa pelo diodo Zener
S Z L
Z S L
I I I
I I I
= +
= −
Esta é a corrente que passa pelo diodo Zener e ela deve ser sempre menor que o valor máximo
permitido pelo diodo Zener (IZmáx).

8. 5.1.6 Ondulação no resistor de carga (VR).
Em um retificador com filtro capacitivo podemos colocar um diodo Zener para melhorar o sinal
de saída. Este circuito nos dá um sinal muito próximo do ideal, mesmo quando temos algumas
variações no sinal de entrada. Idealmente temos que após passar pelo Zener temos nossa
tensão de ondulação igual a zero. Infelizmente não conseguimos esse resultado e por isso
devemos calcular qual vai ser a tensão de ondulação na saída do circuito.
Tomemos uma fonte de alimentação produzindo uma tensão média com certa ondulação
(VRin). Como já falado, idealmente a ondulação na saída deve ser igual a zero (VRout=0), mas isso
não acontece. Desta maneira podemos calcular a tensão de ondulação de saída do Zener da
seguinte maneira:
Z
Rout Rin
S Z
R
V V
R R
=
+
Esta equação fornece um valor aproximadamente preciso da tensão de ondulação de pico a
pico.
5.2 LED
O LED é um diodo semicondutor (junção P-N) que quando energizado emite luz visível por isso
LED (Diodo Emissor de Luz). A luz não é monocromática (como em um laser), mas consiste de
uma banda espectral relativamente estreita e é produzida pelas interações energéticas do
elétron. O processo de emissão de luz pela, aplicação de uma fonte elétricas de energia, é
chamado eletroluminescência.
A luz emitida não é monocromática, mas a banda colorida é relativamente estreita. A cor,
portanto, dependente do cristal e da impureza de dopagem com que o componente é
fabricado. O led que utiliza o arseneto de gálio emite radiações infravermelhas. Dopando-se
com fósforo, a emissão pode ser vermelha ou amarela, de acordo com a concentração.
Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio, a luz emitida pode ser verde ou
amarela. Hoje em dia, com o uso de outros materiais, consegue-se fabricar led´s que emitem
luz azul, violeta e até ultravioleta. Existem também os led´s brancos, mas esses são geralmente
led´s emissores de cor azul, revestidos com uma camada de fósforo do mesmo tipo usado nas
lâmpadas fluorescentes, que absorve a luz azul e emite a luz branca. Com o barateamento do
preço, seu alto rendimento e sua grande durabilidade, esses led´s tornam-se ótimos
substitutos para as lâmpadas comuns, e devem substituí-las a médio ou longo prazo. Existem

9. também os led´s brancos chamados RGB (mais caros), e que são formados por três "chips", um
vermelho (R de red), um verde (G de green) e um azul (B de blue). Uma variação dos led´s RGB
são led´s com um microcontrolador integrado, o que permite que se obtenha um verdadeiro
show de luzes utilizando apenas um led.
Em geral, os led´s operam com nível de tensão de 1,6 a 3,3 V, sendo compatíveis com os
circuitos de estado sólido. É interessante notar que a tensão é dependente do comprimento da
onda emitida. Assim, os led´s infravermelhos geralmente funcionam com menos de 1,5 V, os
vermelhos com 1,7 V, os amarelos com 1,7 V ou 2.0 V, os verdes entre 2.0 V e 3.0 V, enquanto
os led´s azuis, violeta e ultravioleta geralmente precisam de mais de 3 V. A potência necessária
está na faixa típica de 10 a 150 mW, com um tempo de vida útil entorno de 100.000 horas.
Como o led é um dispositivo de junção P-N, sua característica de polarização direta é
semelhante à de um diodo semicondutor. Sendo polarizado, a maioria dos fabricantes adota
um "código" de identificação para a determinação externa dos terminais A (anodo) e K
(catodo) dos led´s.
Nos led´s redondos, duas codificações são comuns: identifica-se o terminal K como sendo
aquele junto a um pequeno chanfro na lateral da base circular do seu invólucro ("corpo"), ou
por ser o terminal mais curto dos dois. Existem fabricantes que adotam simultaneamente as
duas formas de identificação.
Nos led´s retangulares, alguns fabricantes marcam o terminal K com um pequeno
"alargamento" do terminal junto à base do componente, ou então deixam esse terminal mais
curto.
Os diodos emissores de luz são empregados também na construção dos displays alfa-
numéricos.
Geralmente, os led´s são utilizados em substituição às lâmpadas de sinalização ou lâmpadas
pilotos nos painéis dos instrumentos e aparelhos diversos. Para fixação nesses painéis, é
comum o uso de suportes plásticos com rosca.
Como o diodo, o LED não pode receber tensão diretamente entre seus terminais, uma vez que
a corrente deve ser limitada para que a junção não seja danificada. Assim, o uso de um resistor
limitador em série com o Led é comum nos circuitos que o utilizam. Para calcular o valor do
resistor usa-se a seguinte fórmula:

10. S LED
LED
V V
R
I
−
=
onde VS é a tensão disponível, VLED é a tensão correta para o LED em questão e ILED é a corrente
que ele pode suportar com segurança.
Tipicamente, os Led´s grandes (de aproximadamente 5 mm de diâmetro, quando redondos)
trabalham com correntes da ordem de 12 a 30 mA e os pequenos (com aproximadamente
3 mm de diâmetro) operam com a metade desse valor.
Os Led´s não suportam tensão reversa (Vr) de valor significativo, podendo-se danificá-los com
apenas 5 V de tensão nesse sentido. Por isso, quando alimentado por tensão C.A., o LED
costuma ser acompanhado de um diodo retificador em antiparalelo (polaridade invertida em
relação ao LED), com a finalidade de conduzir os semi-ciclos nos quais ele - o LED - fica no
corte, limitando essa tensão reversa em torno de 0,7 V (tensão direta máxima do diodo), um
valor suficientemente baixo para que sua junção não se danifique. Pode-se adotar também
uma ligação em série entre o diodo de proteção e o LED.