No circuito da questão anterior, determine a faixa de tensão CC que a fonte
pode assumir. A tensão em
deve ser mantida em
e deve-se respeitar a máxima potência nominal do diodo zener
. Considerar
e
.
Passo 1
O que o enunciado pede: determinar a faixa (mínimo e máximo) da tensão CC da fonte
para que a tensão em
seja mantida em
e, ao mesmo tempo, não seja ultrapassada a potência máxima do diodo zener
.
Dados fornecidos:
-
(tensão do zener, igual à tensão de saída desejada). -
(resistor série da fonte para o ramo zener+carga). -
(resistor de carga, sobre o qual deve ficar ). -
. - Deve manter
.
Observação sobre o circuito (assunção razoável para resolver o problema): o circuito é o regulador simples com a fonte
em série com
, alimentando um nó onde estão em paralelo o diodo zener (catodo ao nó, anodo a terra) e a carga
. A tensão no nó é
enquanto o zener estiver em condução de regulação. Não foi fornecido corrente mínima de regulação do zener, portanto usamos a condição de limite inferior correspondente a
(zener justo deixando de conduzir) e limite superior imposto por
.
Passo 2
Conceitos e fórmulas que usaremos (explicados de forma simples):
- A tensão no zener, quando em regulação, é praticamente constante e igual a
. Para o regulador manter é necessário que exista corrente no ramo do zener (na prática precisa ser maior que uma corrente mínima de regulação, mas aqui usamos o limite para achar o mínimo de ). - A corrente pela carga
é dada por Ohm: . Essa corrente é retirada do nó e é fornecida pela corrente que passa por . - A corrente que sai da fonte e passa por
é . - A queda de tensão no resistor série é
. Assim a fonte deve fornecer . - Potência dissipada no zener é
. O limite máximo dá .
Estratégia:
- Calcular
. - Encontrar
assumindo : então e . - Encontrar
a partir de . - Encontrar
assumindo : então e .
Passo 3
Calcular a corrente da carga
.
Explicação numérica: dividir
por
dá aproximadamente
, isto é
.
Passo 4
Calcular
(limite inferior: zener praticamente desligado,
).
Substituindo:
Logo
Arredondando razoavelmente para duas casas decimais:
Interpretação: se
ficar abaixo de
, não haverá corrente suficiente no zener para manter
e a saída cairá (regulação perdida).
Passo 5
Calcular a corrente máxima admissível no zener a partir da potência máxima.
Explicação: potência é tensão vezes corrente; rearranjando, a corrente máxima é potência sobre tensão.
Passo 6
Calcular
(limite superior: zener conduz na potência máxima).
Primeiro soma das correntes:
Multiplicando por
:
Portanto
Arredondando para duas casas decimais:
Interpretação: acima de
o zener teria corrente maior que
e dissiparia potência maior que
, correndo risco de danos.
Passo 7
Conclusão e dicas práticas:
- Faixa segura de operação para
é aproximadamente entre e . - Se precisar de margem de segurança na prática, recomenda-se escolher um
um pouco abaixo de e um pouco acima de para cobrir tolerâncias de , resistência e temperatura. - Observação final: aqui usei
para o limite inferior porque não foi dada corrente mínima de regulação; na prática há uma corrente mínima para o zener regular corretamente, e isso elevaria ligeiramente .