Problema 64-3    Fonte:  Problema elaborado pelo autor do site.

Seja o circuito mostrado na Figura 64-3.1. Assuma que Vi = 27 volts com ΔV = 4 volts e V_Z = 15 volts. A corrente consumida pela carga é de 100 mA. Determine os valores de R_Smax e R_Smin e qual a potência no zener.

Solução do Problema 64-3   

Repare que a tensão de entrada é variável porém a carga é constante. Então, haverá variação na corrente que circula pelo zener. Logo, aplica-se o   CASO 3   estudado no item Teoria. Como não foi fornecido o modelo do zener a ser usado, deve-se começar estipulando uma corrente máxima para o zener. Como a carga consome 100 mA, pode-se fazer a corrente máxima para o zener de, digamos, I_Zmax = 200 mA. Nesse caso, a potência no zener será de:

Comercialmente não existe zener para essa potência. A mais próxima é 5 watts. Então, vamos assumir que o zener é de 5 watts. Pode-se calcular qual a corrente máxima que o zener pode conduzir, ou:

Logo, I_Zmin será de:

De posse desses dois valores vamos calcular R_Smin e R_Smax usando as equações eq. 64-12 e eq. 64-13, já estudadas. Vamos repeti-las aqui.

Lembrando que neste problema, V_i(min) = V_i - (ΔV/2) = 27 - 2 = 25 volts e para se encontrar a máxima, V_i(max) = V_i + (ΔV/2) = 27 + 2 = 29 volts. Logo:

E por sua vez:

Repare que R_Smax > R_Smin viabilizando o projeto. Podemos escolher para o resistor série o valor médio dos valores calculados. Assim, R_S = 54 ohms. Um valor comercial que se pode utilizar é R_S = 56 ohms

Note que a corrente através de R_S não é constante. Depende das variações na tensão de entrada. Assim, temos I_Smax = (V_i(max) - V_Z) / R_S = 0,25 A . Dessa forma, a corrente máxima que circula pelo zener é I_Zmax = (I_Smax - I_L) = 0,15 A . Logo, o zener suporta essa corrente sem problemas. A potência dissipada por ele será de:

Usando um zener de 5 watts não haverá problemas no projeto.