Projete um regulador de tensão que mantenha uma tensão de saída de 24 V , através de uma carga de 100 \Omega, com uma entrada que varie de 40 a 50 V . (1 ponto)

Passo 1

O enunciado pede para projetar um regulador de tensão linear que mantenha V_{\text{out}}=24\text{ V} sobre uma carga de 100\:\Omega, mesmo com a tensão de entrada variando de 40\text{ V} a 50\text{ V}. O conteúdo envolve um regulador série com transistor de potência e diodo zener como referência.

Passo 2

Escolhemos a topologia de seguidor de emissor (transistor NPN) com o diodo zener conectando sua referência à base. Nesse caso, a tensão zener V_Z deve ser um pouco maior que V_{\text{out}} para compensar a queda base–emissor V_{BE}\approx0{,}7\text{ V}. Logo:
V_Z = V_{\text{out}} + V_{BE} = 24 + 0{,}7 = 24{,}7\text{ V}.

Passo 3

Calculamos a corrente de carga e a corrente de base do transistor.
I_L = \frac{V_{\text{out}}}{R_L} = \frac{24}{100} = 0{,}24\text{ A}.
Assumindo um ganho de corrente típico \beta=20, a corrente de base é
I_B = \frac{I_L}{\beta} = \frac{0{,}24}{20} = 0{,}012\text{ A}.
Para garantir boa estabilidade, fixamos a corrente zener I_Z num múltiplo de I_B. Escolhemos
I_Z = 5\,I_B = 5 \times 0{,}012 = 0{,}06\text{ A}.

Passo 4

Dimensionamos o resistor R_Z que alimenta o diodo zener a partir do ponto de menor tensão de entrada V_{\text{in(min)}}=40\text{ V}. A corrente total em R_Z é I_R = I_Z + I_B = 0{,}06+0{,}012=0{,}072\text{ A}. Assim,
R_Z = \frac{V_{\text{in(min)}} - V_Z}{I_R} = \frac{40 - 24{,}7}{0{,}072} \approx 212{,}5\:\Omega.
Adotamos o valor comercial R_Z=220\:\Omega.

Passo 5

Verificações no pior caso de V_{\text{in(max)}}=50\text{ V}:
A corrente em R_Z fica
I_{R(\max)} = \frac{50 - 24{,}7}{220} \approx 0{,}115\text{ A}.
Destes, I_B=0,012\text{ A} vai à base e o restante ao zener:
I_{Z(\max)} \approx 0{,}115 - 0{,}012 = 0{,}103\text{ A}.
Potência no zener:
P_Z = V_Z \, I_{Z(\max)} = 24{,}7 \times 0{,}103 \approx 2{,}54\text{ W},
logo escolhe-se zener de 3\text{ W}.
A dissipação no transistor em V_{\text{in(max)}} é
P_T = (V_{\text{in(max)}} - V_{\text{out}})\,I_L = (50 - 24)\times0{,}24 = 6{,}24\text{ W},
de modo que precisa de um transistor com dissipador adequado para ≥ 7\text{ W}.

Resposta

Regulador série com transistor NPN em seguidor de emissor e diodo zener de V_Z=24{,}7\text{ V}.
Resistor de polarização do zener R_Z=220\:\Omega.
Correntes: I_L=0{,}24\text{ A}, I_B=0{,}012\text{ A}, I_Z\approx0{,}06\text{ A}.
Dissipações: P_Z\approx2{,}54\text{ W} (zener de 3\text{ W}), P_T\approx6{,}24\text{ W} (transistor com dissipador).

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