ELETRÔNICA BÁSICA LISTA DE EXERCÍCIOS DIODOS COM FINALIDADES ESPECÍFICAS

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1 ELETRÔNICA BÁSICA LISTA DE EXERCÍCIOS DIODOS COM FINALIDADES ESPECÍFICAS 1) Um diodo zener tem 15V aplicados sobre ele com uma corrente de 20 ma. Qual a potência dissipada? 2) Se um diodo zener tiver uma especificação de potência de 5 W e uma tensão zener de 20 V, qual a sua corrente máxima? 3) Um diodo zener tem uma resistência zener de 5 Ω. Se a corrente variar de 10 a 20 ma, qual a variação de tensão através do diodo zener? 4) Uma variação de corrente de 2 ma através de um diodo zener produz uma variação de tensão de 15 mv. Qual o valor da resistência zener? 5) O diodo zener da figura 01(a) tem uma tensão zener de 15 V e uma especificação de potência de 0,5 W. Se V S = 40 V, qual o valor mínimo de R S que impede que o diodo zener seja destruído? Rs 4kΩ Vs Vs V L V L _ V =25V Z _ (a) FIGURA 01 (b) 6) Use os mesmos dados do exercício anterior, exceto R S = 2 kω. Qual o valor da corrente zener? Qual a potência dissipada pelo diodo zener? 7) Na figura 01(a), V Z = 18 V, R Z = 2 Ω, R S = 68 Ω e V S = 27 V. Qual o valor da corrente zener? Qual a variação de tensão na carga se V S variar para 40 V? 8) Na figura 01(b), qual o valor mínimo da tensão da fonte que mantém o diodo zener funcionando na sua região de ruptura? 9) A tensão da fonte na figura 01(b) varia de 40 V para 60 V. Se o diodo zener tiver uma resistência zener de 10 Ω, qual a variação de tensão na carga? 10) Na figura 02(a), calcule o valor aproximado da corrente zener para cada resistência de carga: a) R L =100 k Ω b) R L =10 k Ω c) R L =1 k Ω 1,5kΩ 240 Ω 40V R L 30V 500 Ω V =10V Z 1N1594 (a) FIGURA 02 (b)

2 11) Na figura (02)a, considere R L =470Ω e calcule qual a tensão na carga para cada uma das condições abaixo: a) Diodo zener em curto d) Resistor série em curto b) Diodo zener aberto e) Resistor de carga em curto c) Resistor série aberto 12) Suponha que a fonte do circuito da figura 02(a) tenha uma ondulação de pico-a-pico de 4 V. Se a resistência zener for de 10 Ω, qual a ondulação de saída? 13) Para qual valor de resistência de carga o regulador zener da figura 02(a) deixa de funcionar? 14) Qual o valor crítico da resistência em série da figura 02(a), se a resistência de carga for de 1 kω? 15) Considere no circuito da figura 02(a) que a resistência R L pode variar de infinito a 1 kω. Se R Z = 10 Ω, qual a variação na tensão da carga ao longo dessa faixa? 16) No 1N1594 da figura 02(b), V Z = 12 V e R Z = 1,4 Ω. Qual a tensão na carga? Qual a corrente zener? Qual a ondulação de saída, supondo uma ondulação de entrada de 5 Vpp? 17) Utilize os mesmos dados do problema anterior e suponha que a resistência de carga pode variar de infinito a 500 Ω. Quais os valores máximo e mínimo da corrente zener? Qual a variação de tensão na carga? 18) Ainda com os mesmos dados, suponha que a resistência de carga pode diminuir até 50 Ω. Para qual valor de R L o regulador zener pára de funcionar? 19) Suponha agora que no regulador da figura 02(b) você mede aproximadamente 20 V na resistência de carga. Que componente você sugere que esteja com defeito? Por que? 20) Um regulador zener tem V Z = 15 V. V S pode variar de 22 V a 40 V e R L pode variar de 1 k a 50 kω. Qual o valor crítico da resistência em série? 21) Dois reguladores zener estão ligados em cascata. O primeiro tem R S = 680 Ω e R Z = 10 Ω. O segundo tem R S = 1,2 kω e R Z = 6 Ω. Suponha que o ripple da fonte seja de 9 Vpp e calcule a ondulação na saída. 22) Na figura 3, considere que a tensão cc da carga seja 25 V, V LED = 2 V e R1= 1 kω. Qual a corrente do LED? 115Vac V130LA µ F R1 TIL221 R2 1N753 R L FIGURA 3

3 23) Na figura 3, a tensão de secundário é 12,6 Vca. Calcule a corrente do LED considerando que R1= 1 kω e as quedas nos diodos são desprezíveis. 24) Suponha que a tensão direta no LED da figura 3 possa variar entre 1,5 V (mínima) e 2,3 V (máxima). A tensão na carga é 10 V e R1= 470 Ω. Calcule as correntes máxima e mínima no LED. 25) A tensão de secundário na figura 3 é de apenas 3,6 Vca. Se os diodos forem substituídos por diodos Schottky, qual será o valor de pico ideal de tensão na carga? Qual o pico de tensão na carga depois de subtrair a queda de tensão nos diodos Schottky? Qual a vantagem que os diodos Schottky apresentam neste caso? Não fazer. 26) No circuito da figura 3, o LED não acende. Escolha um ou mais motivos dentre os listados abaixo para tentar justificar porque o LED não acende: a) o varistor de entrada (V130LA2) está aberto b) o terra entre os dois diodos à esquerda da ponte está aberto c) o capacitor de filtro está aberto d) o capacitor de filtro está em curto e) o resistor de carga está aberto f) o resistor de carga está em curto 27) No opto-acoplador da figura 4, V 2 = 20 V, R 2 = 47 kω e I 2 varia de 2 a 10 µa. Qual a variação de tensão através do fotodiodo? R1 R2 V1 V ent V saída V2 FIGURA 4 28) Calcule a resistência em série para que um regulador zener chegue às seguintes especificações: tensão de fonte variando entre 30 V e 50 V, corrente de carga variando entre 10 e 25 ma, tensão de carga de 12 V. 29) Projete um regulador zener com as seguintes especificações: tensão na carga de 6,8 V; tensão da fonte de 20 V /-20% e corrente de carga 30 ma /-50% (especifique potência e resistência zener). 30) A ondulação de entrada num regulador zener é de 4 Vpp, a tensão da fonte é de 30 V, a resistência da fonte de 1 kω e a resistência de carga é de 820 Ω. A tensão na carga deve ser de 12 V. Especifique um diodo zener que produzirá um regulador zener quase-ideal (especifique potência e resistência zener). RESPOSTAS 1) 300mW - 2) 0.25A - 3) 50mV - 4) 7.5Ω - 5) 750Ω - 6) 12.5mA, 187.5mW - 7) mA, mV - 8) 25V - 9) 49.88mV - 10) 19.9mA, 19mA, 10mA - 11) 0V, 9.54V, 0V, 10V, 0V 12) 26.67mV - 13) R L <500Ω - 14) R S 3k Ω - 15) 98.7mV - 16) 12V, 51mA, 29.17mVpp 17) 74.57mA, 51mA, 33mV - 18) R L <160Ω - 19) Zener aberto, funciona apenas o divisor resistivo - 20) 466.7Ω - 21) 0.66mVpp - 22) 23mA - 23) 15.82mA - 24) 18.1mA, 16.4mA 25) 5.1V, 4.6V, menor queda de tensão V F - 26) b, d, f - 27) 376mV - 28) 720Ω 29) R Smáx =204.44Ω - 30) R Z 8.2Ω

4 1 - Qual é a diferença entre um diodo comum e um diodo zener? 2 - No circuito abaixo, o diodo é ideal com Vz = 6,8 V e R = 470 ohms. Determine a corrente no circuito para Vin = 12 V. (R.: 11,06 ma) 3 - Calcule a potência dissipada pelo zener da questão anterior. (R.: 75,23 mw) 4 - Para o circuito da questão 2, considere o diodo ideal com Vz = 9,1V e Vin = 15 V. Determine o valor de R para que a potência dissipada no zener não supere 500 mw. (R.: 107,4 ohms) 5 - Para o circuito da questão 2, considere o diodo ideal com Vz = 15 V e R = 330 ohms. Determine o valor de Vin para que a potência dissipada no zener não supere 1 W. (R.: 37 V) 6 - No circuito da figura abaixo, o diodo é ideal com Vz = 12 V, Rs = 920 ohms e RL = 2400 ohms. Determine a corrente na carga, no diodo zener e da fonte para Vin = 25 V. (R.: 5 ma; 14,13 ma e 9,13 ma) 7 - Repita a questão anterior para RL = 5100 ohms, RL = 1000 ohms e RL = 440 ohms e calcule a potência dissipada no zener para cada condição. 8 - Para o circuito da questão 6, considere Vz = 15 V, Pz = 1 W, Rs = 120 ohms e Vin = 40 V. Determine a faixa de variação de RL para que o circuito funcione normalmente. (R.: 198 a 282 ohms) 9 - Repita a questão anterior considerando Vz = 18 V, Pz = 500 mw, Rs = 200 ohms e Vin = 35 V Para o circuito abaixo, responda: -Determine VL, IL, Iz e Ir se RL = 180 ohms. -Repita o item anterior para RL = 470 ohms.

5 -Determine o valor de RL que estabelece as condições de máxima potência para o diodo zener. - Determine o valor mínimo de RL que assegura que o diodo zener está na região zener Utilizando as tabela de zener, projete o circuito abaixo para manter 12 V para uma variação de 0 a 200 ma. Ou seja determine Rs, Vz e Pz Para o circuito abaixo, determine a faixa de Vi que manterá VL em 8 V e não exceda potência máxima nominal do diodo zener Projete um regulador de tensão que mantenha uma tensão de saída de 20 V através de uma carga de 1000 ohms, com uma entrada que varia entre 30 e 50 V. Ou seja, determine o valor apropriado de Rs e Pz Para o circuito abaixo, calcule a corrente que atravessa cada um dos resistores e a potência dissipada em cada um dos diodos zener O circuito abaixo é um regulador de tensão baseado em um diodo zener. A resistência de carga RL pode variar de modo que IL oscila entre 0 e 80 ma. Ao mesmo tempo, a tensão de entrada Ve oscila entre 25 e 35 V. Desejase que uma tensão regulada de 10 V seja mantida. Encontre o valor máximo de R para que haja a regulação, assim como as características do diodo zener que será utilizado. (R.: Rmax = 170,45 ohms Pz = 1,51 W)

6 16 - O circuito abaixo é um regulador de tensão e a corrente IL é praticamente constante e igual a 100mA. A tensão de saída Vs é de 12 V e a tensão Ve varia entre 20 e 25 V. Sabendo que a resistência limitadora é de 72 ohms, determinar a potência máxima dissipada no diodo zener A tensão de entrada Ve do circuito abaixo é constante e igual a 50V. A tensão de saída é especificada em 15V para uma carga RL variável entre 187,5 e 775 ohms. Encontrar o valor máximo para a resistência limitadora R para que haja regulação e com este valor determinar a potência máxima dissipada no diodo zener Deduzir os valores das correntes I1 e I2 e da tensão Vs no circuito abaixo. Considerar Vz = 10V e D2 sendo de Si. (R.: I1 = -3,5 ma; I2 = -1,5 ma e Vs = 2,3 V) 19 - Em relação ao circuito abaixo, responda: - Sendo V1 constante, se RL aumenta, o que ocorre com Iz? - Determinar os valores máximo e mínimo de V1 para que o diodo zener execute a função de regulação para qualquer valor da resistência RL dentro da faixa de 200 a ohms. Dados Izmax = 80 ma, Vz = 10 V e D1 um diodo ideal. (R.: Vemin = 15,5 V; Vemax = 18,1 V; V1min = 21 V;V1max = 27,3 V)