A jornada de tirar o fôlego do diodo Zener: da descoberta à inovação

Um diodo de cristal adequadamente dopado com uma tensão de ruptura penetrante é chamado de diodo Zener. Desde o seu início humilde como um simples dispositivo semicondutor até a sua extraordinária ascensão para se tornar um luminar na engenharia elétrica, o diodo Zener fascinou engenheiros e cientistas com suas capacidades incomparáveis. Este notável dispositivo eletrônico, batizado em homenagem ao físico Clarence Zener, abriu um mundo de possibilidades, ultrapassando os limites convencionais e ultrapassando os limites dos diodos tradicionais. Junte-se a nós em uma jornada esclarecedora enquanto traçamos a evolução do diodo Zener, descobrimos seus princípios fascinantes e descobrimos as aplicações especializadas que o tornaram uma ferramenta indispensável em inúmeros avanços tecnológicos. Prepare-se para uma odisséia de tirar o fôlego pelo fascinante reino do diodo Zener, onde o brilho encontra a inovação e as possibilidades não têm limites.

Quando a tensão reversa de um diodo de cristal de junção PN é aumentada, uma tensão crítica, a chamada tensão de ruptura, é atingida, na qual a corrente reversa aumenta acentuadamente para um valor alto. A área de ruptura é o ponto de ruptura da curva característica de bloqueio, conforme mostrado na figura.

O cientista americano C. Zener foi o primeiro a fornecer uma explicação adequada para esta transição inovadora. Portanto, a tensão de ruptura é às vezes chamada de tensão Zener e o aumento repentino da corrente é às vezes chamado de corrente Zener.

A tensão de ruptura ou tensão Zener depende da quantidade de dopagem. Se o diodo estiver fortemente dopado, a camada de depleção será fina e a ruptura da junção ocorrerá em uma tensão reversa mais baixa. Por outro lado, um diodo levemente dopado apresenta uma tensão de ruptura mais alta. Quando um diodo de junção PN normal é dopado adequadamente para ter uma tensão de ruptura acentuada, ele é chamado de diodo Zener.

As propriedades VI de um diodo de junção PN revelam uma interação fascinante entre tensão e corrente, revelando o comportamento fundamental deste componente eletrônico essencial. Quando nos aprofundamos nos diodos de junção PN, nos deparamos com uma relação fascinante entre a tensão aplicada e o fluxo de corrente resultante. Primeiro, ocorre um aumento gradual na região de polarização direta à medida que a tensão no diodo aumenta. O diodo conduz e permite o fluxo de elétrons, facilitando a passagem de corrente com resistência relativamente baixa. No entanto, um fenômeno fascinante se desenrola na região de polarização reversa. Aqui, aumentar a tensão reversa faz com que uma corrente insignificante flua através do diodo, criando uma barreira de alta resistência. É nesta faixa que o diodo demonstra sua propriedade única: a capacidade de suportar e bloquear o fluxo de corrente reversa, protegendo assim os circuitos eletrônicos. As características VI de um diodo de junção PN não apenas esclarecem o comportamento desse componente fundamental, mas também fornecem aos engenheiros e entusiastas informações valiosas sobre suas versáteis aplicações em retificação, modulação de sinal e muito mais.

O símbolo do circuito de um diodo Zener e seu circuito equivalente são mostrados na figura (a). O circuito equivalente completo é mostrado na figura (b) e o aproximado na figura (c), que se parece com uma bateria V._{por exemplo} Volt.

O símbolo do circuito de um diodo Zener é semelhante ao de um diodo normal, exceto que com um pouco de esforço mental a linha que representa o cátodo é dobrada em ambas as extremidades; Você pode pensar no símbolo do cátodo como a letra Z para “mais Zen”.

Estão disponíveis diodos Zener com tensões Zener de 2,4 V a 200 V. Esta tensão depende da temperatura. O produto da VzIz oferece valores máximos de dissipação de potência que variam de 150 mW a 50 W.

Os circuitos que utilizam diodos Zener podem ser facilmente analisados ​​substituindo os diodos Zener pelo circuito correspondente.

Quando a tensão reversa em um diodo Zener é igual ou superior à tensão de ruptura V, a corrente aumenta acentuadamente; nesta área a curva é quase vertical. Isto significa que a tensão através do diodo Zener é constante em V._{por exemplo} apesar das mudanças recentes.

Portanto, na região de ruptura, um ideal pode ser representado por uma bateria com tensão V._z, como mostrado na Fig. Sob tais condições, o diodo Zener está ligado.

Se a tensão reversa no diodo Zener for menor que V_{por exemplo} mas maior que 0V, o diodo Zener está no estado DESLIGADO. Sob tais condições, um circuito aberto pode representar o diodo Zener, como mostrado na Fig.

Classificação de materiais de isolamento

Os materiais isolantes são cruciais em muitas indústrias, pois fornecem isolamento elétrico e térmico, bem como proteção mecânica. Compreender a classificação dos materiais de isolamento é fundamental para selecionar o material apropriado para aplicações específicas. Os materiais isolantes podem ser amplamente divididos em categorias orgânicas e inorgânicas. Os materiais isolantes orgânicos incluem borracha, plásticos, resinas e polímeros sintéticos. Esses materiais oferecem flexibilidade, excelentes propriedades de isolamento elétrico e resistência à umidade e produtos químicos.

Uma curva característica típica é mostrada no quadrante negativo da figura. A parte direta é simplesmente a de um diodo de junção polarizado diretamente comum.

v_{por exemplo} = Tensão de ruptura Zener

EU_zmin = Corrente mínima para manter a ruptura

EU_zmax = Corrente Zener máxima limitada pela perda máxima de potência

A função inversa significa que V_{por exemplo} permanece constante mesmo se eu_{por exemplo} aumenta significativamente.