Q. 3 (0.50) - Um estudante resolveu a seguinte questão:“Considere o circuito alimentado por uma fonte de tensão contínua de 5 V , um resistor de
e um diodo de silício com queda de tensão direta típica de
. O diodo está polarizado diretamente. Calcule a corrente no circuito.” Resolução apresentada pelo estudante:
Como o diodo está polarizado diretamente, ele é considerado como um curto-circuito.
Assim, a resistência total do circuito é de 1
.
Aplicando a Lei de Ohm:
Logo, a corrente no circuito é de 5 mA .
Com base nessa resolução e na análise do comportamento do diodo real, identifique o erro cometido pelo estudante:
a) ( ) O estudante errou ao considerar o diodo como um curto-circuito; o diodo real apresenta uma queda de tensão direta que deve ser levada em conta no cálculo.
b) ( ) O estudante errou ao aplicar a Lei de Ohm, pois ela não se aplica a circuitos com diodos.
c) ( ) O estudante errou ao considerar o diodo com queda de tensão, pois diodos reais não apresentam queda de tensão significativa.
d) ( ) O estudante acertou ao aplicar a Lei de Ohm, pois ela não se aplica a circuitos com diodos.
e) ( ) O estudante acertou completamente; o diodo deve ser considerado um curtocircuito na análise CC .
Com base nessa resolução e na análise do comportamento do diodo real, identifique o erro cometido pelo estudante:
a) ( ) O estudante errou ao considerar o diodo como um curto-circuito; o diodo real apresenta uma queda de tensão direta que deve ser levada em conta no cálculo.
b) ( ) O estudante errou ao aplicar a Lei de Ohm, pois ela não se aplica a circuitos com diodos.
c) ( ) O estudante errou ao considerar o diodo com queda de tensão, pois diodos reais não apresentam queda de tensão significativa.
d) ( ) O estudante acertou ao aplicar a Lei de Ohm, pois ela não se aplica a circuitos com diodos.
e) ( ) O estudante acertou completamente; o diodo deve ser considerado um curtocircuito na análise CC .
Passo 1
Enunciado e dados fornecidos:
- Fonte de tensão:
. - Resistência:
. - Diodo de silício polarizado diretamente com queda de tensão direta típica:
. - Resolução do estudante: considerou o diodo como curto-circuito e aplicou
.
Pergunta do enunciado: identificar o erro cometido pelo estudante, escolhendo entre as alternativas (a) a (e).
Passo 2
Conceitos essenciais (aula rápida e prática):
- Um diodo polarizado diretamente conduz corrente, mas um diodo real NÃO é um curto-circuito ideal. Ele apresenta uma queda de tensão direta (tensão à frente), normalmente indicada por
(para silício típica ). - Modelo simples prático (modelo linear por partes): representar o diodo por uma fonte de tensão fixa
em série com uma resistência muito pequena. Isso significa que, numa malha série com fonte e resistor, a tensão da fonte é repartida entre o resistor e a queda do diodo. - Lei de Kirchhoff das Tensões (KVL) numa malha série manda que a soma das quedas de tensão seja igual à tensão da fonte. Portanto:
Aqui
é a queda no resistor e
é a queda no diodo (tomada como
no modelo).
Passo 3
Aplicando o modelo ao circuito e calculando a corrente passo a passo:
- Pelo modelo, a queda no resistor é
- Substituindo os valores conhecidos:
- A corrente que atravessa o resistor (e o circuito inteiro, por ser série) é dada pela Lei de Ohm aplicada ao resistor:
- Calculando:
Observação didática: a Lei de Ohm continua válida para o resistor; o erro do estudante foi não incluir a queda de tensão do diodo na conta — ele aplicou Ohm à malha inteira como se toda a tensão da fonte estivesse sobre o resistor, o que é falso quando o diodo tem
.
Passo 4
Análise das alternativas (uma por uma), com explicação curta:
- (a) “O estudante errou ao considerar o diodo como um curto-circuito; o diodo real apresenta uma queda de tensão direta que deve ser levada em conta no cálculo.” — Esta alternativa está correta. É exatamente o erro do estudante: falta considerar
. - (b) “Errou ao aplicar a Lei de Ohm, pois ela não se aplica a circuitos com diodos.” — Falso. A Lei de Ohm continua a valer para resistores; deve-se apenas aplicar KVL e incluir a queda do diodo. Portanto (b) é incorreta.
- (c) “Errou ao considerar o diodo com queda de tensão, pois diodos reais não apresentam queda de tensão significativa.” — Falso. Diodos de silício apresentam queda típica significativa (
), especialmente quando comparada com tensões de poucos volts. - (d) “O estudante acertou ao aplicar a Lei de Ohm, pois ela não se aplica a circuitos com diodos.” — Frase contraditória e falsa; mesma razão do (b).
- (e) “O estudante acertou completamente; o diodo deve ser considerado um curto-circuito na análise CC.” — Falso. Na análise em corrente contínua (polarizado diretamente) usa-se a queda direta típica; tratá-lo como curto leva a erro na corrente.
Resposta
(a)