Ruptura Reversa como Recurso, Não Bug
Um diodo Zener é uma junção PN fortemente dopada projetada para entrar em ruptura reversivelmente em uma tensão precisa (VZ), mantendo essa tensão em uma ampla faixa de corrente.
Dois Mecanismos de Ruptura
| Mecanismo | Dominante Abaixo de | Física | Tempco |
|---|
| Zener (tunelamento quântico) | ~5 V | Elétrons da banda de valência tunelam através da região de depleção estreita | Negativo (−2 mV/°C) |
| Avalanche (ionização por impacto) | ~5 V | Portadores ganham energia → criam pares e-h → reação em cadeia | Positivo (+2 a +6 mV/°C) |
Próximo a 5 V ambos coexistem, resultando em tempco próximo de zero — ideal para referências.
Regiões de Operação
- Polarização direta: Diodo normal (VF ≈ 0,7 V).
- Corrente de fuga reversa: Faixa µA, queda de tensão desprezível.
- Joelho de ruptura: Corrente sobe abruptamente; tensão estabiliza em VZ.
- Região de regulação: IZK (joelho) a IZM (potência máx.). Resistência dinâmica rz = ΔV/ΔI define qualidade da regulação.
Aplicação Clássica: Regulador Shunt
Resistor série RS derruba (VIN − VZ); Zener desvia corrente excedente. Carga consome VZ estável enquanto IZ fica entre IZK e IZM.
Equações de Projeto
- RS = (VIN(min) − VZ) / (IL(max) + IZK)
- PZ(max) = VZ × (VIN(max) − VZ) / RS — deve ser < PZ(max) nominal.
Alternativas Modernas
- TL431 / LM4040 / LM4050: Referências bandgap + amp-op → precisão 0,1%, 50 ppm/°C, corrente dreno 1–100 mA.
- Reguladores LDO: Para cargas > 50 mA, menor dropout, melhor regulação linha/carga.
Zener permanece o clamp de tensão mais simples e barato para aplicações < 1 W.
