Quando a tensão da entrada do regulador Zener aumenta, qual corrente permanece aproximadamente constante?
Passo 1
O que o enunciado pede: identificar qual corrente permanece aproximadamente constante quando a tensão de entrada de um regulador Zener aumenta.
Informações relevantes dadas (implicitamente, pelo contexto de um regulador Zener típico):
- Existe uma fonte de tensão de entrada
. - Há um resistor série
ligado à entrada. - Após o resistor está um circuito com um diodo Zener em paralelo com a carga (resistor de carga
). - Definimos as correntes:
(corrente que passa por ), (corrente que passa pelo diodo Zener) e (corrente que passa pela carga ). - A operação normal de regulação implica que o diodo Zener mantém uma tensão aproximadamente constante
sobre si (e, portanto, sobre a carga), desde que esteja na região de avalanche/regulação.
Passo 2
Definições e fórmulas básicas (aulas rápidas sobre cada coisa usada):
- O diodo Zener, quando polarizado no sentido inverso acima da sua tensão de Zener, tende a manter quase constante a tensão nos seus terminais. Essa tensão é
, e é essa propriedade que usamos para regular. - A corrente pelo resistor série
é dada por uma lei de Ohm simples entre e :
Aqui
é a corrente que sai da fonte e passa por
antes de se dividir.
- A carga
tem a tensão sobre ela (porque está em paralelo com o Zener). Pela lei de Ohm, a corrente da carga é
Note que nessa expressão
depende de
e de
, mas não depende diretamente de
.
- Aplicando o balanço de correntes no nó após
(lei de Kirchhoff das correntes):
Ou seja, a corrente que vem pelo resistor série se divide entre a carga (
) e o Zener (
).
Passo 3
Análise do efeito de aumentar
:
- Aumentando
, a expressão aumenta, pois é (aproximadamente) constante enquanto o Zener estiver na região de regulação. - A corrente da carga
permanece praticamente a mesma porque permanece praticamente constante (essa é a finalidade do Zener: manter a tensão da carga constante). - Portanto, o aumento em
precisa aparecer em (pelo balanço ). Logo, ao aumentar o que aumenta é principalmente , enquanto permanece aproximadamente constante. - Intuição prática: o Zener “chupa” a corrente extra para manter a tensão da carga inalterada.
Passo 4
Exemplo numérico rápido para fixar (fazendo contas que você conseguiria na prova sem calculadora se os números forem simples):
Suponha ,
e
.
Suponha
- A corrente de carga é
Note que esse valor não usa
.
- Se
,
então
- Se
subir para ,
então
Repare que
continuou sendo
nos dois casos; quem mudou foi
.
- Observação de prova: isso vale enquanto o Zener estiver em regulação (isto é,
suficientemente alto para manter o Zener conduzindo) e enquanto ficar dentro dos limites de potência do diodo. Se for muito baixo, o Zener sai da região de regulação e então e já não são mantidos constantes.
Passo 5
Resumo final do raciocínio (como usar isso na prova):
- Escreva as expressões
e . - Observe que ao variar
apenas muda diretamente; se permanece (aproximadamente) fixo, então não muda. - Use a lei das correntes para concluir que a corrente zener absorve a variação:
. - Conclusão prática rápida para resposta em prova: a corrente que permanece aproximadamente constante é a corrente da carga.
Resposta
A corrente através da carga,
.