Uma junção feita para romper com segurança
Um diodo comum é destruído se a tensão reversa o empurra até a ruptura; o diodo Zener é uma junção de silício projetada para fazer exatamente isso, repetidas vezes, sem se danificar. A dopagem intensa nos dois lados da junção mantém a região de depleção fina, de modo que uma tensão reversa moderada já produz um campo interno forte. Abaixo de cerca de 5 V o mecanismo dominante é o efeito túnel quântico — o verdadeiro efeito Zener — enquanto acima de cerca de 6 V é a multiplicação por avalanche; dispositivos intermediários combinam os dois. O datasheet não os distingue, pois o comportamento externo é o mesmo.
O joelho e a região de regulação
Abaixo da tensão Zener nominal circula apenas uma pequena corrente de fuga reversa. Quando a corrente atinge a corrente de joelho, a curva se dobra abruptamente e o componente entra em regulação: novos aumentos de corrente elevam a tensão nos terminais apenas um pouco, na medida definida pela resistência dinâmica, tipicamente de poucos ohms a algumas dezenas. Essa planura é exatamente o objetivo — ao longo de uma grande variação de corrente, a tensão sobre o diodo quase não se move, por isso ele consegue manter uma referência ou um trilho de alimentação estável mesmo com a corrente mudando.
Como ler o datasheet
Os fabricantes especificam a tensão Zener em uma corrente de teste indicada, junto com a resistência dinâmica medida nesse mesmo ponto, a corrente de joelho abaixo da qual a regulação não é garantida, e a dissipação de potência máxima que o encapsulamento suporta antes de a junção superaquecer. Como a dissipação é tensão vezes corrente, um dispositivo com tensão Zener maior precisa operar com corrente menor para respeitar o mesmo limite de potência. A temperatura também desloca levemente a tensão — negativa abaixo de cerca de 5 V, positiva acima — algo relevante em referências de precisão.
Onde é usado
Alimentado por um resistor em série a partir de uma tensão mais alta, o diodo Zener forma o regulador de tensão mais simples: o resistor define a corrente e o diodo fixa a saída perto de sua tensão nominal, independentemente de variações moderadas de alimentação ou carga. O mesmo comportamento de fixação protege entradas sensíveis contra sobretensão, define uma referência estável para comparadores e conversores analógico-digitais, e aparece dentro de reguladores lineares e chaveados mais elaborados como a referência interna em torno da qual o resto do circuito é construído.