Como calcular resistor para diodo zener?

marcelo.br · 11 de fevereiro de 2013

Boa noite,

gostaria que alguém me ajudasse a calcular o ressitor idelapara um diodo zener.

Procurei pele net, mas vi fórmulas diferentes enrte si, não sei qual é a correta.

Vou apresentar alguns valores para exemplo:

quero um diodo zener para manter a tensão regulada em 9v.

Sei que a tensão de entrada que vem do trafo é de 12v, corrente de 1,5A.

Mas tem a Vp, que é de 12 x 1,414 - 1,7(2 diodos da ponte) = 15,268v.

Pelo data sheet, o diodo zener de 9v é o 1N757A:

Corrente máxima = 40mA

Potência = 500mW (0,5W)

Qual o jeito certo de calcular?

faller · 11 de fevereiro de 2013

Vmax = 15,268V

Vz = 9V

Io = 0,040A

Izmax = 0,5W/9V = 0,055A

Polarize o zener em 5 mA acima de Io que ainda ficará abaixo de IZmax

Izpol = 0,045A

Quando a carga puxar 0,040A ficarão passando ainda 0,005A pelo Zener, garantindo manter o mesmo em sua curva zener.

Se a saída não pedir nenhuma corrente, sobrarão 0,045A sobre o zener, o que é menor que sua corrente máxima de 0,055A

Então, Rz = (15,268 - 9 ) / 0,045 = 139 ohms => levar para 120 Ohms.

Calculando a corrente de polarização para esse resistor de valor comercial

Izpol= (15,268-9)/120 = 0,05233A => tome cuidado, se aproxima muito da corrente zener máxima que é de 0,055A

O ideal seria usar um zener de 1 Watt ai, pois esse dai, se a saída não pedir 0,04A, o zener terá de drenar toda a corente de 0,05233, gerando uma dissipação de 0,05233A x 9V = 470 miliWatts em um zener de 500 miliWatts, ou seja 94% de sua capacidade final. É arriscado.... Já com um zener de 9V x 1W ficaria bastante folgado..

marcelo.br · 12 de fevereiro de 2013

Ok!

Pelo que pesquisei, parece que tem que calcular o valor máximo e mínimo para o resistor.

Mas é só jogar a máxima tensão e já está bom?

Devo usar a tensão máxima da entrada, que é a que você usou ou devo considerar também o valor mínimo, que é a tensão na hora que a carga puxar?

Outra coisa, achado o resistor, como eu determino sua potência?

Já que a tensão no resistr vai ser de 15,268 - 9 = 6,268, então

6,268v x 0,045 = 0,28W

Esse é valor certo para o resistor?

faller · 12 de fevereiro de 2013

Ok!
Pelo que pesquisei, parece que tem que calcular o valor máximo e mínimo para o resistor.

Mas é só jogar a máxima tensão e já está bom?

Devo usar a tensão máxima da entrada, que é a que você usou ou devo considerar também o valor mínimo, que é a tensão na hora que a carga puxar?

Outra coisa, achado o resistor, como eu determino sua potência?

Já que a tensão no resistr vai ser de 15,268 - 9 = 6,268, então

6,268v x 0,045 = 0,28W

Esse é valor certo para o resistor?

Evidente que tem de usar a tensão mínima da fonte também, mas sequer citaste a mesma. Olhe lá.. Com isso supuz que se mantinha em 15,268 V

Pot resistor = tensão no resistor ao quadrado dividido pela resistência do mesmo. Pot resitor = 6,268 x 6,268 / 120 = 0,3274 Watts

marcelo.br · 14 de fevereiro de 2013

Evidente que tem de usar a tensão mínima da fonte também, mas sequer citaste a mesma. Olhe lá.. Com isso supuz que se mantinha em 15,268 V
Pot resistor = tensão no resistor ao quadrado dividido pela resistência do mesmo. Pot resitor = 6,268 x 6,268 / 120 = 0,3274 Watts

Para calcular com a tensão mínima, tem que usar dois valores de corrente no cálculo

Rz = (Tmín - Tz ) / X - Y

Sei que um desses valores X e Y é a corrente mínima do zener, o outro valor está meio confuso.

Quais seriam os dois valores?

arh · 14 de fevereiro de 2013

Rsmax ≤ Vimin - vou / ILmax + Izmin

Rsmin ≥ Vimax - vou / ILmin + Izmax

o valor escolhido para o RS devera ser um valor entre Rsmax e Rsmin.

ou seja: Rsmax ≥ Rs ≥ Rsmin

obs: IL = corrente na carga

faller · 14 de fevereiro de 2013

O que está confuso exatamente é sua pergunta, a sua aplicação do dimensionamento de um zener, portanto me permita, como ensinamento, colocar a questão como deve ser colocada, com todas as variáveis cabíveis, do começo de novo, desde o início..

Exploraremos um caso fictício com dados reais..

Imaginemos portanto nosso problema:

Polarizar um zener com tensão Vz de 9 Volts de tal modo a suprir, nessa tensão de alimentação, uma corrente de até 50 mA.

Dados adicionais:

Fonte primária:

Vinmáx = 13,8 Volts

Vinmin = 12 Volts

Dados de saída

vou = 9 Volts

Io máx = 50 mA

Io mín = 3 mA

Dimensionar:

Rz

Potência de Rz

Potência mínima do zener de 9 Volts a ser usado..

Diagrama de uso:

O que se necessita saber??

Olhando a curva característica de um diodo zener dá de perceber que quando a corrente reversa circulante pelo zener for muito próxima a zero, ele, o zener não garantirá sua tensão zener característica, perdendo sentido de seu uso..

Veja ai:

Desse modo é necessário que se deixe uma corrente mínima de polarização sempre circulante em um diodo zener para garantir que a variação de tensão nele seja mínima. Correntes da ordem de 2 a 10 mA são adequadas a esse uso..

Desse modo vamos desejar que esse zener mantenha uma corrente mínima de 2 mA

Iz mín = 0,002A

Essa corrente mínima do zener terá de acontecer quando

Vi for mínimo

Io for máximo

Vr = Vimín - 9 = 12-9 = 3Volts

Ir = Izmín + Iomáx = 0,002 + 0,050 = 0,052 mA

Rmáx = 3V / 0,052 = 57,6 Ohms => usaremos R = 56 Ohms

Recalculando Izmín = 3/56 = 0,0537, send que quando 50 mA for para a saída Izmínefetivo = 3,7 mA

Calculando Izmáx:

Esse valor se dá quando:

Vi for máximo

Io for mínimo

Vr será de 13,8-9 = 4,8 Volts

Io mínimo = 3 mA por dado inicial

Izmáx = 4,8/56 = 85,71 mA Iz será máximo se na saída sair só 3 mA

Iz máx = 0,08571 - 0,003 = 0,08271 A

Izmáx = 0,08721 A

Potzmáx = Vz x Iz máx = 9 x 0,08721 = 0,744 Watts => dá de recomendar um zener de 1 Watt..

Máxima corrente no resistor será de 85,71 mA

Presistor máx = Vr x Vr / R

Presistor máxima = 4,8 x 4,8 / 56

Prmax = 0,411 Watts. Pode usar resistor de meio Watt..

mroberto98 · 15 de fevereiro de 2013

Mas qual aplicaçao você quer com esse circuito? Uma fonte regulada? Ou é só uma pergunta hipotética?

Trafo de 12v, dois diodos em serie daria ~1,2v, (12 - 1,2) 1,4142 = 15,27v.

o diodo é de 40mA Max. Se você trabalhar com isso, o diodo esquentaria e não é correto trabalhar no limite. Trabalhando com 30mA você teria:

o diodo é 9v, então sobraria 6,27v para o resistor, então para calcular a resistência é: 6,27/0,03 = 209ohms, pode usar um resistor de 220ohms

pronto, se a sua duvida era essa, o calculo é simples.

se você ligar uma carga, n se preocupe com o consumo, por exemplo, de a carga consome 1mA, vai continuar com 9v e 30mA sobre o resistor, se a carga consome 10mA ainda vai estar em 9v e 30mA passando pelo resistor, 30mA será o Max, pois o circuito foi calculado para 30mA.

Calculo pequeno né? mas é isso.

se você quer saber a potencia do resistor é: 6,27 X 0,03 = 188mW, um resistor de ¼W já dá.

Para ir mais fundo, um diodo não é um componente linear, por exemplo, se você aplica 5v reverso a corrente será 0A, se você aplica 7v também será 0A se você aplica 8,5v ai a corrente já começa a subir... Se você aplica 9v a corrente pode ser na ordem de miliamperes, e se você aplica 9,1v a corrente aumenta muito, não só dobra, e se você aplica 9,2v pode chagar na faixa de amperes! e se você aplicar 9,5v pode até chegar em Kilo amperes! Mas isso é um exemplo hipotético.

É só uma explicação básica, isso depende de cada diodo também.

Quando não tiver carga, a corrente que passara no zener será de 30mA, quando a carga consumir 20mA a corrente que passara no zener será de 10mA, se a carga consome 25mA a corrente passara pelo zener será de 5mA, quando a corrente pelo zener chegar a ser muito baixa assim, o zener começa a cortar, assim a tensão sobre a carga subira um pouco, mas isso depende de cada diodo, potencia, corrente etc..

VOU dar um exemplo hipotético, imagina que a carga consome 25mA sobraria 5ma no zener, mas vamos supor que essa corrente não seja o suficiente para polarizar ele e ele corte! Ai ficaria: se a carga consome 25mA a 9v então ela é de 9/0,025= 360ohms.

Então já que o zener cortou, sobrou apenas o resistor e a carga então veja:

220ohms e 360ohms daria 9,47v sobre a carga, veja que subiu 0,47v a mais, mas ai o diodo é polarizado ainda mais! Outro exemplo: se a carga consumir 50mA a 9v então ela terá 180ohms, então seria 220ohms em serie com 180ohms, que daria 6,8v sobre a carga. Então como você pode ver, desde que o consumo seja 0A, até 30mA a tensão rica estável em 9v! Depois disso a tensão começa a cair de forma linear. Mesmo que a tensão tende a subir, essa tensão a mais polarizada ainda mais o zener, travando em 9v.isso apenas na hora que ele começar a cortar, depois quando a corrente da carga aumenta muito ai a tensão cai despolarizando ele totalmente.

marcelo.br · 16 de fevereiro de 2013

Uma dúvida,

o arh usou essa fórmula para o Resistor máximo:

Rsmax ≤ Vimin - Vou / ILmax + Izmin

mas do jeito que o faller colocou eu conclui que ele calculou:

Rmáx = Vimin - Vou / Iomáx + Izmin

Só mudou de "ILmax" na primeira para "Iomáx" na segunda, as fórmulas são as mesmas.

"ILmax" e "Iomáx" são a mesma coisa. Mas essa corrente é a máxima que a carga a ser alimentada vai pedir ou é a máxima corrente que o tranformador pode fornecer?

Por exemplo, tenho um trafo que sai 2A, vou montar um circuito que vai alimetar uma carga final que pede 1,5A.

Esse ILmax/Iomáx é os 2A do trafo ou é os 1,5A da carga?

faller · 16 de fevereiro de 2013

Uma dúvida,
o arh usou essa fórmula para o Resistor máximo:

Rsmax ≤ Vimin - Vou / ILmax + Izmin

mas do jeito que o faller colocou eu conclui que ele calculou:

Rmáx = Vimin - Vou / Iomáx + Izmin

Tu também tem de ter um pouco de jogo de cintura, certo.. Vou lhe dar uma série de nomenclaturas que podem, segundo as circunstâncias, querer dizer exatamente a mesma coisa: Ai tu pôe numa tabelinha plastica para não amarelar, e afixa na parede, para não esquecer mais..

ILmáx

Iomáx

Ismáx (s de saída)

Icmáx (c de carga)

Iamáx (a de alimentação)

e assim vai, se pensar podes encontrar ai mais uma pá de significados..

Como vi que estavas perdido, na fumaça, sequer sabias o que efetivamente querias com tua pergunta de como polarizar um zener, propuz um problema e resolvi o mesmo. Com diagrama e tudo. Ai, com diagrama, fica claro o que significa cada nomenclatura dessas ai:

Vai de novo o diagrama..

Nesse diagrama dai e com os dados fictícios colocados no problema, dimensiono o zener...

Tá lá em cima..

Mas essa corrente é a máxima que a carga a ser alimentada vai pedir ou é a máxima corrente que o tranformador pode fornecer?

Por exemplo, tenho um trafo que sai 2A, vou montar um circuito que vai alimetar uma carga final que pede 1,5A.

Esse ILmax/Iomáx é os 2A do trafo ou é os 1,5A da carga?

Não se meta a polarizar zener com correntes da ordem de 2 Amperes, explodiria..

Imagine um zener de 9 Volts que fosse capaz de manipular correntes de 2 Amperes. A dissipação do mesmo seria de 9V x 2 A = 18 Watts.

Muito dificilmente encontrarias um zener capaz de manipular tamanha potência. Sairia muito caro.. No máximo dos máximos tens por ai no mercado zener de 5 watts.

Acho, melhor, tenho certeza de que não entendeste o propóssito de um zener..

Ele serve para ajustar a tensão para cargas pequenas, muito pequenas.

O princípio dele se baseia numa fonte CC e um resistor série..

Esse resistor provocará uma queda de tensão variável com a corrente circulante. Desse modo a tensão de saída, após o resistor, será variável.

Para resolver isso dai se faz um diagrama igual aquele ali de cima, um zener clampando a saída..

Desse modo o resistor terá sempre a mesma corrente passando por ele, igual a (VCC - Vz)/ R

A corrente que a carga não aproveitar o zener drenará, e vice versa..

A maior corrente teórica nesse tipo de arranjo será definida pela potência do diodo zener. Sabe-se que P = V x I

I = P / V

Imáx zener = Pmáx zener / V zener

Imagine pois um zener de 9Volts x 1 Watt

Corrente máxima pelo zener = 1 Watt / 9 Volts = 111 mA e nada de potência total do transformador e o escambau...

mroberto98 · 16 de fevereiro de 2013

Uma dúvida,
o arh usou essa fórmula para o Resistor máximo:

Rsmax ≤ Vimin - Vou / ILmax + Izmin

mas do jeito que o faller colocou eu conclui que ele calculou:

Rmáx = Vimin - Vou / Iomáx + Izmin

Só mudou de "ILmax" na primeira para "Iomáx" na segunda, as fórmulas são as mesmas.

"ILmax" e "Iomáx" são a mesma coisa. Mas essa corrente é a máxima que a carga a ser alimentada vai pedir ou é a máxima corrente que o tranformador pode fornecer?

Por exemplo, tenho um trafo que sai 2A, vou montar um circuito que vai alimetar uma carga final que pede 1,5A.

Esse ILmax/Iomáx é os 2A do trafo ou é os 1,5A da carga?

estou vendo que voce quer correntes altas para a carga, isso não é possível com um zener, estou vendo que você quer fazer uma fonte de 2A!

Em uma fonte o zener tem a função de estabilizar a tensão de saída, mas ele trabalha com corrente baixa na ordem de 10mA ou até menos...

É 2A e 9V que voce quer? Se é isso fale que ai eu posto os cálculos dos transistores, resistores etc.. Não vou postar um calculo grande pra nada...

com o resistor e zener você conseguiria uma corrente medíocre!

arh · 16 de fevereiro de 2013

o arh usou essa fórmula para o Resistor máximo:
Rsmax ≤ Vimin - Vou / ILmax + Izmin

mas do jeito que o faller colocou eu conclui que ele calculou:

Rmáx = Vimin - Vou / Iomáx + Izmin

Só mudou de "ILmax" na primeira para "Iomáx" na segunda, as fórmulas são as mesmas.

não senhor, a formula que passei nao foi esta dai nao, reveja la.

marcelo.br · 17 de fevereiro de 2013

Tu também tem de ter um pouco de jogo de cintura, certo.. Vou lhe dar uma série de nomenclaturas que podem, segundo as circunstâncias, querer dizer exatamente a mesma coisa: Ai tu pôe numa tabelinha plastica para não amarelar, e afixa na parede, para não esquecer mais..
ILmáx

Iomáx

Ismáx (s de saída)

Icmáx (c de carga)

Iamáx (a de alimentação)

Não se meta a polarizar zener com correntes da ordem de 2 Amperes, explodiria..

Imagine um zener de 9 Volts que fosse capaz de manipular correntes de 2 Amperes. A dissipação do mesmo seria de 9V x 2 A = 18 Watts.

Muito dificilmente encontrarias um zener capaz de manipular tamanha potência. Sairia muito caro.. No máximo dos máximos tens por ai no mercado zener de 5 watts.

Acho, melhor, tenho certeza de que não entendeste o propóssito de um zener..

Ele serve para ajustar a tensão para cargas pequenas, muito pequenas.

rsrsrs... beleza, agora tá mais claro!

Não não, eu não pretendo fazer um circuito com saída e 2A, foi só um dado fictício.

Sim, agora eu vejo que só se pode trabalhar com corrente pequenas com o zener.

Mas vou colocar uma pretensão real minha agora: alimentar um amperímetro e um FAN, o amperímetro pede de 4,5 a 28v e uns 100mA, o fan 12v e uns 130mA, total = 230mA de Iomáx.

O trafo a ser utilizado é de 14,5v-850mA.

Mesmo assim, vejo que não é possível porque aí eu usaria um zener de 12v, pelo datasheet a Izmáx é de 38mA.

Melhor usar um CI 7812.

estou vendo que voce quer correntes altas para a carga, isso não é possível com um zener, estou vendo que você quer fazer uma fonte de 2A!
É 2A e 9V que voce quer? Se é isso fale que ai eu posto os cálculos dos transistores, resistores etc.. Não vou postar um calculo grande pra nada...

com o resistor e zener você conseguiria uma corrente medíocre!

Sim, eu percebi isso, não dá para usar corrente altas demais.

Veja o exemplo real acima que eu citei para o faller. É o que eu pretendo, mas com o zener não vai para frente. É que eu queria usar um circuito sem precisar de regulador de tensão para não precisar de mais um dissipador em uma fonte que eu vou montar, já vai usar dois, mais um iria ter mais dissipação e apertar o espaço com mais dissipador. O jeito vai ser um 7812 mesmo, mas se você souber um outro circuito para abaixar esses 14,5v um pouco, posta aí.