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 1 \mathrm{k} \Omega e um diodo de silício com queda de tensão direta típica de 0,7 \mathrm{~V}. 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 \mathrm{k} \Omega.
Aplicando a Lei de Ohm: \mathrm{I}=\mathrm{V} / \mathrm{R}=5 \mathrm{~V} / 1 \mathrm{k} \Omega=5 \mathrm{~mA}
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 .

Passo 1

Enunciado e dados fornecidos:
  • Fonte de tensão: \;5\\ \text{V}.
  • Resistência: \;1\\ \text{k}\Omega.
  • Diodo de silício polarizado diretamente com queda de tensão direta típica: \;0{,}7\\ \text{V}.
  • Resolução do estudante: considerou o diodo como curto-circuito e aplicou \;I=V/R=5\\ \text{V}/1\\ \text{k}\Omega=5\\ \text{mA}.
    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 \;V_F (para silício típica \;V_F\approx0{,}7\\ \text{V}).
  • Modelo simples prático (modelo linear por partes): representar o diodo por uma fonte de tensão fixa \;V_F 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:
V_{\text{fonte}} = V_R + V_D.
Aqui V_R é a queda no resistor e V_D é a queda no diodo (tomada como \;V_F no modelo).

Passo 3

Aplicando o modelo ao circuito e calculando a corrente passo a passo:
  • Pelo modelo, a queda no resistor é
V_R = V_{\text{fonte}} - V_D.
  • Substituindo os valores conhecidos:
V_R = 5\\ \text{V} - 0{,}7\\ \text{V} = 4{,}3\\ \text{V}.
  • A corrente que atravessa o resistor (e o circuito inteiro, por ser série) é dada pela Lei de Ohm aplicada ao resistor:
I = \frac{V_R}{R} = \frac{4{,}3\\ \text{V}}{1\\ \text{k}\Omega}.
  • Calculando:
I = \frac{4{,}3}{1000}\\ \text{A} = 0{,}0043\\ \text{A} = 4{,}3\\ \text{mA}.
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 \;V_D\neq0.

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 \;V_F.
  • (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 ( \sim0{,}7\\ \text{V}), 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)

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