Problema 64-4    Fonte:  Problema elaborado pelo autor do site.

Seja o circuito mostrado na Figura 64-4.1. Assuma que Vi = 24 volts com ΔV = 6 volts e V_Z = 12 volts. A corrente consumida pela carga varia de 30 mA a 100 mA. Determine os valores de R_Smax e R_Smin e qual a potência no zener.

Solução do Problema 64-4   

Repare que a tensão de entrada é variável e a carga também. Logo, aplica-se o   CASO 4   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, vamos estipular uma 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, é possível calcular R_Smin e R_Smax usando as equações eq. 64-14 e eq. 64-15, já estudadas. Vamos repeti-las aqui.

Lembrando que neste problema, V_i(min) = V_i - (ΔV/2) = 24 - 3 = 21 volts e para encontrar a máxima, V_i(max) = V_i + (ΔV/2) = 24 + 3 = 27 volts. Logo:

E por sua vez:

Repare que R_Smax > R_Smin viabilizando o projeto. Pode-se escolher para o resistor série o valor médio dos valores calculados. Assim, R_S = 48,6 ohms. Um valor comercial que é possível utilizar é R_S = 47 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 = 0,32 A . Dessa forma, a corrente máxima que circula pelo zener é quando a carga consumir a menor corrente, ou I_Lmin = 0,03 A .   Assim,   I_Zmax = (I_Smax - I_Lmin) = 0,29 A . Logo, o zener suporta essa corrente sem problemas. A potência dissipada por ele será de:

Assim, o zener de 5 watts utilizado no projeto satisfaz plenamente as necessidades do circuito. Caso I_L = 0 A (problemas na carga), a corrente máxima que circulará pelo zener é I_Zmax = I_Smax = 0,32 A, corrente esta perfeitamente suportada pelo zener.