Exercicios Zener e Regulador

Lista de Exercícios de Eletrônica Analógica
Lista VII de Eletrônica Analógica I – Regulador de Tensão com Diodo Zener
Prof. Gabriel Vinicios Silva Maganha (http://www.gvensino.com.br)
Lista de Exercícios 7 de Eletrônica Analógica
1. O circuito regulador abaixo com Zener apresenta um problema. Qual é esse problema? Proponha
uma solução adequada.
2. Determine o valor máximo e mínimo da resistência de segurança para que o diodo zener funcione
corretamente:
3. Determine RS mínimo e máximo para os reguladores de tensão abaixo:
a)
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b)
4. Qual será a tensão na carga (VRL) dos circuitos abaixo?
a)
b)
c)
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5. Desenhe a forma de onda na Carga para os circuitos abaixo, conhecidos como circuitos limitadores:
6. O rádio de um carro precisa de uma tensão de 9V para funcionar e consome uma corrente máxima de
320mA. Ora bolas, um carro possuí uma bateria de +12V e se você alimentar 12V direto no rádio, ele irá
queimar. Por isso, precisaremos usar um regulador de tensão com Diodo Zener.
Você tem um diodo zener de 9V1, o modelo 1N960, de 130mW de Potência Máxima. Projete o circuito para
abastecer este rádio corretamente.
Parte II
7. Analisando o gráfico do Diodo Zener abaixo, qual é a sua Tensão Zener (Vz) e a sua Corrente Mínima
(aproximada)?
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8. Se quisermos projetar um circuito para obter uma tensão de aproximadamente +7V, usando diodos comuns
ao invés de diodos Zener, como ficaria esse circuito?
9. Sobre o Diodo Zener, qual a alternativa correta?
( A ) – É uma bateria
( B ) – Age como uma bateria na região de ruptura
( C ) - É um dispositivo de corrente constante
( D ) – É diretamente polarizado
10. A tensão na Carga é aproximadamente constante quando um diodo Zener está:
( A ) – Diretamente Polarizado
( B ) – Reversamente Polarizado
( C ) – Operando na região de ruptura
( D ) – Não Polarizado
11. Quando a tensão da entrada do regulador Zener aumenta, qual das correntes permanece aproximadamente
constante?
( A ) – A corrente no Resistor de Segurança
( B ) – A corrente no Zener
( C ) – A corrente na Carga
( D ) – A corrente total
12. Se um diodo Zener num regulador Zener for conectado com polaridade trocada, a tensão na Carga ficará
próxima de:
( A ) – 0,7V
( B ) – 10V
( C ) – 3,3V
( D ) – Infinito
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13. Analise o circuito da fonte linear abaixo, com Regulador Zener:
Dados do Diodo Zener: Vz = 11V1, Pz = 500mW
13.1 – Qual é a tensão de pico no Capacitor (Vcp)?
13.2 – Sabendo-se que desejamos um Ripple de 2V, qual é a tensão média filtrada no Capacitor?
13.3 – Calcule RS máximo, mínimo e ideal
13.4 – Qual é a corrente máxima sobre o Resistor RS?
13.5 – Qual é o valor do Capacitor de filtro?
14. Para a fonte linear estabilizada com Zener abaixo, qual é o valor de RS ideal e do Ripple no Capacitor?
Dados do Diodo Zener: Vz = 9V1, Pz = 1W
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Respostas:
1) O problema é que é que a corrente no Zener é menor do que a mínima, de maneira que o Zener não
conseguirá estabilizar a tensão em 8,2V. A solução é diminuir o valor do Resistor de Segurança (RS) para que
o Zener possa receber uma corrente mínima necessária para o seu funcionamento. O Valor máximo de RS
será de 311,6 Ω.
2) RSm = 119,17 Ω
RSM = 1191,7 Ω
3) A- IzM = 109,09mA
IZm = 10,9 mA
IRL = 23,4mA
RSm = 30,19 Ω
RSM = 116,62 Ω
RSideal = 73,4 Ω
B – IzM = 93,75mA
IZm = 9,38mA
IRL = 571,4 µA
RSm = 339,27 Ω
RSM = 3215,63 Ω
RSideal = 1777 Ω
4) a) VRL = 16,7V
b) VRL = 7,5V
c) VRL = 4,9V (considerando Si)
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5) As telas abaixo foram visualizadas em um osciloscópio ajustado na Escala Vertical para 5V/div e
na Escala Horizontal para 10ms/div:
5,1V
0,7V reversos
Vendo o sinal de entrada (em azul) ao mesmo tempo que o sinal na Carga:
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6)
IRL = 320mA
VRL = Vz = 9,1V
Logo, RL = 9,1 / 0,32 = 28,44 Ω
IzM = 14,28mA
Izm = 1,43mA
RSm = 8,68 Ω
RSM = 9,02 Ω
RSideal = 8,85 Ω
7) Vz = 5V e IZm = 4mA (aprox.)
8) Usando diodos de Silício (Si), ficaria um circuito assim:
RS
Ou seja, usaríamos 10 diodos de Si, pois 10 x 0,7V = 7V. E ligaríamos a carga em paralelo com todos esses
diodos.
9) B
10) C
11) C
12) A
13)
13.1) V2 = 127/8 = 15,88V
V2p = 15,88 x √2 = 22,45V
Vcp = 22,45 – 1,4V = 21,05V
13.2) Vond = 2V
VCmed = 21,05 – (2 /2) = 20,05V
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13.3) IzM = 0,5 / 11,1 = 45,05mA
Izm = 4,5mA
IRL = 11,1 / 300 = 37mA
RSm =
RSM =
20,05−11,1
45,05𝑚+37𝑚
=8,95 / 82,05mA = 109,08 Ω
20,05−11,1
4,5𝑚+37𝑚
= 8,95 / 41,05mA = 218,03 Ω
RsIdeal = (109,08 + 218,03) / 2 = 163,55 Ω (aproximado)
13.4) IRSM = 45,05mA + 37mA = 82,05mA
13.5) C =
82,05𝑚𝐴
120𝐻𝑧 𝑥 2𝑉
= 341,88µ𝐹
14) Para calcularmos o valor do Ripple, podemos usar a fórmula que usa a Corrente ou a que usa a Tensão Média e a
Resistência da Carga. Como nós sabemos os dados do diodo Zener, podemos calcular as correntes na Carga e no
Zener e, assim, calcular a Corrente que terá de ser drenada pelo Capacitor. Assim, usando a fórmula:
𝑉𝑜𝑛𝑑 =
𝐼
𝑓𝐶
Ora, a Corrente que saí do Capacitor, no caso extremo, é a corrente máxima que passa no Zener, somada com a
corrente na Carga.
Dessa maneira, calculando IzM:
𝐼𝑧𝑀 =
1
= 109,89𝑚𝐴
9,1
Podemos aproveitar e calcular IZm:
Izm = 0,1 x 109,89mA = 10,99mA
E na Carga:
IRL = 9,1 / 470 = 19,36mA
Assim, a corrente máxima que passa por RS e que é drenada pelo Capacitor será de:
IRSM = 19,36mA + 109,89mA = 129,25mA
Ora, como o retificador utilizado é em Ponte, a frequência de saída é o dobro da de entrada, logo, f = 120Hz.
Assim, podemos calcular o Ripple:
𝑉𝑜𝑛𝑑 =
129,25𝑚𝐴
= 1,08𝑉
120𝐻𝑧 𝑥 1000𝑢𝐹
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Cálculo de RS:
Como foi pedido para Calcular RS também, temos de calcular a tensão na entrada do regulador. Assim:
V2 = 12,7V
V2p = 12,7 x √2 = 17,96V
Vcp = 17,96 – 1,4V = 16,56V
VCmed (ou Vmf em alguns livros) = 16,56 – (1,08 / 2) = 16,02V
𝑅𝑆𝑚 =
16,02 − 9,1
6,92𝑉
=
= 53,54 Ω
109,89𝑚 + 19,36𝑚
129,25𝑚𝐴
𝑅𝑆𝑀 =
16,02 − 9,1
6,92𝑉
=
= 228 Ω
10,99𝑚 + 19,36𝑚
30,35𝑚𝐴
𝑅𝑆𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 =
53,54 + 228
= 140,77 Ω
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