Question

QUESTÃO
- (a) Se o diodo Zener for desconectado na Figura 6, qual é a tensão na carga?
- (b) Qual é a resistência mínima da carga que pode ser utilizada na Figura 6 sem que o regulador Zener perca a regulação?
- (c) Suponha que a tensão de alimentação da Figura 6 varia de 24 V para 40 V. Qual será a corrente
máxima no Zener?
- (d) Suponha que a tensão de alimentação da Figura 6 diminua de 24 V para 0 V. Em algum ponto, o diodo Zener sairá́ de regulação. Calcule a tensão da fonte onde a regulação será́ perdida.
- (e) Na Figura 6, a tensão não regulada na saída da fonte de alimentação pode variar de 20 V a 26 V e a resistência da carga pode variar de 500 Ω a 1,5 kΩ. O regulador Zener sairá́ de regulação sob estas condições? Se sim, que valor deve ter o resistor em série?
- (f) A tensão não regulada na Figura 6, a pode variar de 18 V a 25 V e a corrente na carga pode variar de 1 a 25 mA. O regulador Zener sairá́ de regulação sob essas condições? Se sim, qual deve ser o valor máximo de RS?
- (g) Na Figura 6, qual é a tensão na carga para cada uma das seguintes condições:
i. Diodo Zener em curto
ii. Diodo Zener aberto
iii. Resistor em série aberto
iv. Resistor da carga em curto

Answer 1

Analisando o regulador com diodo Zener, podemos obter algumas conclusões:

1. A tensão com o diodo desligado é de 18,3V;
2. A resistência de carga mínima é de 784 ohms;
3. A Corrente máxima no Zener com 40 V de tensão de entrada máxima é de 43,2 mA;
4. Se a tensão diminuir para 0 V, o circuito perderá a regulação quando a tensão seja menor que 19,7 V;
5. Com tensões de entrada entre 20 e 26 V, o circuito perde a regulação, o resistor em série deve ser menor que 167 ohms;
6. Com tensão de entrada entre 18 e 25 V, o circuito também perde a regulação, o resistor em série deve ser menor que 120 ohms;
7. A tensão na carga será de 0 V com o diodo Zener em curto, a saída em curto ou o resistor em série aberto, e de 18,3 V com o diodo Zener aberto.

Tensão na carga desligando o diodo Zener

Se o diodo Zener for desligado do circuito, temos um divisor de tensão entre o resistor Rs e o resistor de carga. Portanto, a tensão na resistência de carga é:

$V_0=V\frac{R_L}{R_L+R_s}=24V\frac{1500\Omega}{1500\Omega+470\Omega}=18,3V$

Mínima resistência de carga para manter a regulação

Analisando o circuito, se a tensão de saída sem o diodo Zener for igual a 15 V, o diodo Zener não terá corrente, então, não poderá regular. Então, o valor mínimo da resistência de carga é:

$24V\frac{R_L}{R_L+R_s}=15V\\\\24V.R_L=(R_L+R_s).15V\\\\24V.R_L=15V.R_L+15V.R_s\\\\R_L=\frac{15V}{24V-15V}R_s=\frac{15V}{24V-15V}.470\Omega=783\Omega$

Máxima corrente no Zener se a tensão máxima for 40 V

Neste caso, podemos aplicar a primeira lei de Kirchoff ao nó em que o diodo Zener está ligado, sabendo que a resistência de carga tem tensão de 15 V, e a queda de tensão no resistor limitador é 40V-15V=25V:

$\frac{25V}{R_s}=I_z+\frac{15V}{R_L}\\\\I_z=\frac{25V}{R_s}-\frac{15V}{R_L}=\frac{25V}{470\Omega}-\frac{15V}{1500\Omega}=0,0432A=43,2mA$

Tensão de entrada em que a regulação é perdida

Se a tensão de saída diminuir para 0 V, haverá uma tensão de entrada na qual o diodo Zener perderá a regulação, essa tensão será aquela em que a queda de tensão no resistor de carga com o Zener desligado seja de 15 V:

$15V=V_i\frac{R_L}{R_L+R_s}\\\\V_i=15V\frac{R_L+R_s}{R_L}=15V\frac{1500\Omega+470\Omega}{1500\Omega}=19,7V$

Quando a tensão seja menor desse valor, o Zener perderá a regulação.

Valor que deve ter o resistor em série para não perder a regulação

O valor do resistor em série deve ser calculado utilizando a mínima tensão de entrada e a máxima corrente de saída, pois, essa será a pior condição possível. Vamos calcular o resistor série nestas condições, se o valor obtido for menor que 470 ohms, o Zener sairá de regulação nestas condições com o resistor em série de 470 ohms:

$I_{omax}=\frac{15V}{500\Omega}=0,03A\\\\R_s=\frac{20V-15V}{I_{omax}}=\frac{20V-15V}{0,03A}=167\Omega$

Então, nestas condições o circuito sai de regulação, o resistor em série deve ser menor que 167 ohms.

Valor do resistor em série com tensão de entrada entre 18V e 25V

Vamos a calcular o valor máximo para o resistor em série. Se ele for menor que 470 ohms, o circuito perde a regulação nestas condições:

$R_s=\frac{18V-15V}{I_{omax}}=\frac{18V-15V}{0,025A}=120\Omega$

Então, com resistor em série de 470 ohms, o circuito não poderá regular nestas condições.

Valor da tensão de saída para condições de falha

Se algum dos componentes falhar, a tensão de saída terá o seguinte comportamento:

• Se o diodo Zener estiver em curto, a tensão de saída será zero, pois, ele se comportará como um fio;
• Se o diodo Zener estiver aberto, a tensão de saída será de 18,3 V, igual à tensão no circuito com o diodo Zener desligado;
• Com o resistor em série aberto, a tensão de saída será zero, pois, ele estará interrompendo o passo da corrente;
• Com o resistor de carga em curto, a tensão de saída será zero, pois, a saída estará curto-circuitada.

Saiba mais sobre o diodo Zener em https://brainly.com.br/tarefa/24445567

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