EX 10.1 - Regulador de tensão por Zener com resistor de derivação

O comportamento do diodo Zener na região de ruptura permite a montagem de circuitos reguladores de tensão, a partir de fontes que forneçam tensões onduladas, incluindo situações em que a carga apresente um consumo variável.  Um diagrama representativo de um circuito regulador de tensão a diodo Zener na saída de uma fonte de alimentação é ilustrado na figura 01. 

Para que o diodo Zener opere adequadamente como regulador de tensão é necessário introduzir um resistor que limite a corrente inversa através do diodo a um nível inferior ao valor máximo especificado pelo fabricante, conforme indicado na figura. Como pode ser aí observado, o diodo deve ser conectado em paralelo com a carga, que fica assim submetida à mesma tensão existente entre os terminais do Zener.  

Cálculo do resistor de polarização do diodo zener.

O primeiro passo é determinar a corrente máxima suportada pelo zener em função da potência que ele suporta: Zener 1N4739 - 9V / 1 W.

• Iz max = Pz / Vz =  1 / 9 = 0,111 (A).

Onde Iz max é a corrente máxima suportada pelo zener, Vz é a tensão do zener fornecida pelo fabricante e Pz é a potência suportada pelo zener, também fornecida pelo fabricante.

Em seguida calculamos a corrente mínima suportada pelo zener:

• Iz min = 10% de Iz max = 0,1 x 0,111 = 0,011 (A).

Para determinar o valor deste resistor são utilizadas as seguintes fórmulas, admitindo uma tensão de entrada de 15V com variação de 4% carga  fixa de 100 ohms (IL max = 0,100 (A) . 

Onde, Vcc é a tensão da fonte, Vz é a tensão do zener, Iz max é a corrente máxima suportada pelo zener, Rz min é a resistência mínima, Iz min é a corrente mínima no zener, Rz max é a resistência máxima e finalmente Rs é a resistência do resistor utilizado em série com o zener.

• Rz max = (Vs min - Vz) / (Iz min + Il max) = (14,4 - 10) / (0,011 + 0,100) = 4,4/0,111 = 39,6 Ω.

• Rz min = (Vs max - Vz)/(Iz max + Il min ) = (15,6 - 10) / (0,111 + 0,100) = 5,6 / 0,211 = 26,5 Ω.

Agora calculamos o valor e potência de Rs: 

• Rs = (Rz max + Rz min) / 2 = (39,6 + 26,2) / 2 = 179 /2 = 33,02 Ω.
• P = (Vs max - Vz) x ( Iz max + Il max ) =  (15,6 - 10) x (0,111 + 0,100) = 5,6 x 0,211 = 1,18 W.

Escolhemos o valor comercial do resistor para que trabalhe frio (Potência nominal 3 vezes maior que potencia de trabalho) irei utilizar um resistor com valor de R = 33 Ω / 3W.

O relatório da atividade prática resolvido pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: 24_08_01 Zener - Regulador Zener com resistor de derivação. 

O resumo do cálculo do Resistor Série está disponível em: 24_08_01 Cálculo de resistor série. Há também calculadoras online como esta da Fox_Calculators_Electronic .

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 14/02/2024.