Problema 64-2   Fonte:  Problema elaborado pelo autor do site.

Seja o circuito mostrado na Figura 64-2.1. Assuma que Vi = 20 volts, V_Z = 10 volts e a corrente de carga varia de 30 a 90 mA. Verifique se o zener 1N758 que pode dissipar até 0,5 watt de potência pode ser utilizado no projeto.

Solução do Problema 64-2   

Repare que a tensão de entrada é constante mas a carga é variável. Então, haverá variação na corrente que circula pela carga e também pelo zener. Logo, aplica-se o   CASO 2   estudado no item Teoria. Como deve ser usado o zener 1N758 e a potência do zener é 0,5 watt, pode-se calcular I_Zmax e I_Zmin, ou:

Calculando I_Zmin, ou:

De posse desses dois valores, pode-se calcular R_Smin e R_Smax usando as equações eq. 64-10 e eq. 64-11, já estudadas e mostradas abaixo:

E por sua vez:

Como é notório, R_Smin > R_Smax inviabilizando o projeto. Logo, conclui-se que não podemos usar o zener 1N758 neste projeto.

Para contornar este problema, usa-se um zener que permite dissipar 1 watt, como por exemplo, o modelo 1N4740. Assim, recalculando os valores para verificar se é possível executar o projeto.

Calculando I_Zmin, ou:

Logo, os novos valores de R_Smin e R_Smax, serão:

E por sua vez:

Agora R_Smax > R_Smin. O valor comercial do resistor entre estes valores é o de 82 ohms e o de 100 ohms. Descarta-se o valor de 100 ohms pois o componente estaria trabalhando no limite aceitável. Portanto, a melhor escolha para o resistor em série recai sobre o valor de R_S = 82 ohms. Assim:

Deve-se determinar a potência que o resistor R_S vai dissipar no circuito. A corrente que passa por R_S é dada por:

Note que a corrente através de R_S é constante. Independe das variações na carga pois essas variações são absorvidas pelo zener. Então a potência dissipada é:

Logo, pode-se usar um resistor de 2 W, ou melhor, um de 5 watts. Assim, consegue-se uma folga maior.

Para concluir, deve-se calcular a potência dissipada pelo zener. Repare que para calcular a potência dissipada pelo zener, é preciso usar a maior corrente que circula por ele. Assim, a pior situação é quando a carga consome a menor corrente. Então, I_Zmax = I_S - I_Lmin = 0,09195 A = 91,95 mA. Logo:

Como a potência é inferior a 1 watt então é possível usar esse zener. Porém, uma solução melhor, é utilizar um diodo zener que suporte 5 watts.