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)
b) 4. Qual será a tensão na carga (VRL) dos circuitos abaixo? a) b) c)
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)?
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
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
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)
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:
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
13.3) IzM = 0,5 / 11,1 = 45,05mA Izm = 4,5mA IRL = 11,1 / 300 = 37mA RSm = 20,05 11,1 =8,95 / 82,05mA = 109,08 Ω 45,05m+37m RSM = 20,05 11,1 = 8,95 / 41,05mA = 218,03 Ω 4,5m+37m RsIdeal = (109,08 + 218,03) / 2 = 163,55 Ω (aproximado) 13.4) IRSM = 45,05mA + 37mA = 82,05mA 82,05mA 13.5) C = = 341,88µF 120Hz x 2V 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: Podemos aproveitar e calcular IZm: Izm = 0,1 x 109,89mA = 10,99mA IzM = 1 9,1 = 109,89mA 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 120Hz x 1000uF = 1,08V
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 9,1 109,89m + 19,36m = 6,92V 129,25mA = 53,54 Ω RSM = 16,02 9,1 10,99m + 19,36m = 6,92V 30,35mA = 228 Ω RSideal = 53,54 + 228 2 = 140,77 Ω