Experimento 01 Eletronica analógica

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O DIODO ZENER
Apresentação
1. OBJETIVO
Esse experimento tem como objetivo familiarizar o usuário com o diodo Zener, um componente 
semicondutor amplamente utilizado em circuitos eletrônicos. Através da análise de um circuito, 
será possível aprofundar o conhecimento referente a este componente.
 
Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de:
interpretar o circuito proposto para o experimento;•
analisar o comportamento do diodo Zener sem carga e com carga;•
entender qual o impacto da carga no circuito proposto.•
 
2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?
O diodo Zener é um componente amplamente utilizado em circuitos eletrônicos. Sua principal 
funções é como estabilizador de tensão, fornecendo uma voltagem constante para a carga onde a 
tensão possui uma determinada variação. Além disso, este componente pode ser utilizado na 
proteção de equipamentos de medição como o multímetro ou em geradores de funções para 
modelar as ondas.
 
3. O EXPERIMENTO
Este experimento utilizará uma protoboard onde um circuito pode ser analisado e a tensão do 
circuito pode ser monitorada através de um multímetro. Além disso é disponibilizada uma fonte de 
tensão dupla para realizar a alimentação da protoboard.
 
4. SEGURANÇA
O experimento foi pensando para não trazer riscos físicos, então você irá utilizar objetos pouco 
nocivos e leves, mas mesmo com essas precauções pensadas e definidas, o uso de equipamentos 
de proteção individual é de extrema importância para a segurança durante a realização de 
experimentos.
 
5. CENÁRIO
O experimento é realizado na mesa de trabalho do laboratório, onde todos os materiais necessários 
estarão dispostos sobre a bancada, permitindo uma fácil utilização dos componentes disponíveis.
Bons estudos.
Sumário teórico
Acesse o sumário:
 
 
1 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO 
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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA 
O DIODO ZENER 
 
O DIODO ZENER 
 
 
Figura 1 – Curva característica do diodo Zener. 
Analisando a curva característica de um diodo Zener, vemos que ela cai de forma 
quase vertical quando atinge um potencial de polarização reversa indicado por Vz. 
Também se nota que a corrente na região Zener tem um sentido oposto ao de um diodo 
com polaridade direta, pois a curva cai abaixo do eixo horizontal e se distanciar dele. 
Essa região de características singulares é empregada no projeto dos diodos 
Zener, cujo símbolo gráfico é mostrado na figura 2. A figura ainda compara o diodo 
semicondutor ao diodo Zener mostrando o sentido de condução de cada um deles e a 
polaridade exigida da tensão aplicada. 
 
Figura 2 – Sentido de condução: (a) diodo Zener; (b) diodo semicondutor; (c) elemento resistivo. 
 
 
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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA 
O DIODO ZENER 
Para o diodo semicondutor, o estado “ligado” corresponde a uma corrente no 
sentido da seta. Para o diodo Zener, o sentido de condução é oposto ao da seta. Observe 
também que as polaridades de Vd e Vz, são as mesmas que obteríamos se cada 
elemento fosse um elemento resistivo, conforme a Figura 2. 
Diodos Zener estão disponíveis com potenciais Zener de 1,8 a 200 V e potências 
nominais entre ¼W e 50W. Um aumento na dopagem do componente produz um 
aumento no número de impurezas, dessa forma ocorre uma redução do potencial Zener, 
ou seja, variando os níveis de dopagem é possível controlar a localização da região 
Zener. 
Para a região de polarização direta, o equivalente por partes é o mesmo do diodo 
semicondutor. Para a região de polarização reversa, abaixo de Vz, o modelo equivalente 
para um diodo Zener é um resistor muito grande. Para a maioria das aplicações, essa 
resistência é tão grande que podemos ignorá-la e empregar o equivalente de circuito 
aberto. Para a região de polarização reversa, acima de Vz, existe uma ligeira inclinação 
na curva característica que exigiria um modelo equivalente por partes, porém para a 
maioria das aplicações pode-se desprezar o elemento resistivo em série e empregar o 
modelo equivalente reduzido de uma bateria CC de Vz Volts. 
 
Figura 3 – Características de diodo Zener com o modelo equivalente para cada região. 
 
 
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As fórmulas seguintes são usadas para calcular os componentes de um regulador 
de tensão com diodo Zener, como o mostrado na figura 4. 
 
Figura 4 – Regulador de Tensão com Zener. 
 
Quando se conhece o valor do resistor, o cálculo da corrente é feito por: 
𝐼𝑍(𝑚𝑎𝑥) =
𝑈𝑖𝑛(𝑚𝑎𝑥) − (𝑈𝐿 + 𝑅 ∗ 𝐼𝐿)
𝑅
 (1) 
𝐼𝑍(𝑚𝑖𝑛) =
𝑈𝑖𝑛(𝑚𝑖𝑛) − (𝑈𝐿 + 𝑅 ∗ 𝐼𝐿)
𝑅
 (2) 
 
Onde: 
• IZ(max) é a corrente máxima através do Zener em ampères (A); 
• IZ(min) é a corrente mínima através do Zener em ampères (A); 
• Uin(min) é a tensão mínima de entrada em volts (V); 
• Uin(max) é a tensão máxima de entrada em volts (V); 
• UL é a tensão de saída ou de carga em volts (V); 
• IL é a corrente de saída em ampères (A); 
• R é a resistência em ohms (Ω); 
 
Quando se pretende calcular a faixa de valores de R, utiliza-se as seguintes 
fórmulas: 
𝑅(𝑚𝑖𝑛) =
𝑈𝑖𝑛(𝑚𝑎𝑥) − 𝑈𝐿
𝐼𝑧(𝑚𝑎𝑥) + 𝐼𝐿(𝑚𝑖𝑛)
 (3) 
 
 
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O DIODO ZENER 
𝑅(𝑚𝑎𝑥) =
𝑈𝑖𝑛(𝑚𝑖𝑛) − 𝑈𝐿
𝐼𝑧(𝑚𝑖𝑛) + 𝐼𝐿(𝑚𝑎𝑥)
 (4) 
 
Onde: 
• R(min) é o valor mínimo de R em ohms (Ω); 
• R(max) é o valor máximo de R em ohms (Ω); 
• Uin(max) é a tensão máxima de entrada em volts (V); 
• Uin(min) é a tensão mínima de entrada em volts (V); 
• IZ(min) é a corrente mínima através do Zener em ampères (A); 
• IZ(max) é a corrente máxima através do Zener em ampères (A); 
• UL é a tensão de saída ou de carga em volts (V); 
• IL é a corrente de saída em ampères (A); 
 
Sendo que a corrente mínima, quando não indicada, pode ser estimada entre 
2mA e 10mA. Já a corrente máxima no Zener pode ser encontrada no datasheet ou 
através da fórmula abaixo: 
𝐼𝑍(𝑚𝑎𝑥) =
𝑃(𝑚𝑎𝑥)
𝑈𝑧
 (5) 
 
Onde: 
• IZ(max) é a corrente máxima no diodo Zener em ampères (A) 
• P(max) é a dissipação máxima do Zener em watts (W) 
• UZ é a tensão Zener em volts (V). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
BOYLESTAD, Robert L. Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos. Robert L. Boylestad, 
Louis Nashelsky; tradução Sônia Midori Yamamoto; revisão técnica Alceu Ferreira Alves. 
– 11. ed. – São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013. 
 
BRAGA, Newton. Diodo Zener (M058). Instituto NCB. Disponível em: 
<https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/matematica-para-eletronica/1383-
m058.html>. Acesso em 25 de ago. 2021. 
 
 
Roteiro
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INSTRUÇÕES GERAIS
1. Neste experimento, você irá utilizar o diodo Zener, um componente
semicondutor amplamente utilizado em circuitos eletrônicos. Através da
análise de um circuito, será possível aprofundar o conhecimento referente a
este componente.
2. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da
experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do
VirtuaLab.
3. Casonão saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial
VirtuaLab” presente neste Roteiro.
4. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as
instruções para realização desta prática na subseção “Procedimentos”.
5. Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção
“Avaliação de Resultados”.
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RECOMENDAÇÕES DE ACESSO
PARA ACESSAR O VIRTUALAB
1. Caso utilize o Windows 10, dê preferência ao navegador Google Chrome;
2. Caso utilize o Windows 7, dê preferência ao navegador Mozilla Firefox;
3. Feche outros programas que podem sobrecarregar o seu computador;
4. Verifique se o seu navegador está atualizado;
5. Realize teste de velocidade da internet.
Na página a seguir, apresentamos as duas principais dúvidas na utilização dos
Laboratórios Virtuais. Caso elas não se apliquem ao seu problema, consulte a nossa
seção de “Perguntas Frequentes”, disponível em: https://algetec.movidesk.com/kb/pt-
br/
Neste mesmo link, você poderá usar o chat ou abrir um chamado para o contato com
nossa central de suporte. Se preferir, utilize os QR CODEs para um contato direto por
Whatsapp (8h às 18h) ou para direcionamento para a central de suporte. Conte conosco!
ATENÇÃO:
O LABORATÓRIO VIRTUAL DEVE SER ACESSADO POR COMPUTADOR. ELE NÃO DEVE
SER ACESSADO POR CELULAR OU TABLET.
O REQUISITO MÍNIMO PARA O SEU COMPUTADOR É UMAMEMÓRIA RAM DE 4 GB.
SEU PRIMEIRO ACESSO SERÁ UM POUCO MAIS LENTO, POIS ALGUNS PLUGINS SÃO
BUSCADOS NO SEU NAVEGADOR. A PARTIR DO SEGUNDO ACESSO, A VELOCIDADE DE
ABERTURA DOS EXPERIMENTOS SERÁ MAIS RÁPIDA.
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PERGUNTAS FREQUENTES
1) O laboratório virtual está lento, o que devo fazer?
a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” ->
“Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a
opção e reinicie o navegador.
b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de
trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações
gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de
máximo desempenho.
Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver
de vídeo instalado na máquina.
c) Feche outros aplicativos e abas que podem sobrecarregar o seu computador.
d) Verifique o uso do disco no Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) ->
“Detalhes”. Se estiver em 100%, feche outros aplicativos ou reinicie o
computador.
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2) O laboratório apresentou tela preta, como proceder?
a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” ->
“Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a
opção e reinicie o navegador. Caso persista, desative a opção e tente
novamente.
b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de
trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações
gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de
máximo desempenho.
Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver
de vídeo instalado na máquina.
c) Verifique se o navegador está atualizado.
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DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO
MATERIAIS NECESSÁRIOS
 Fonte de tensão dupla;
 Multímetro;
 Protoboard;
 Diodo Zenner 1n4742A;
 Resistor de 120 Ohms;
 Resistor de 560 Ohms;
 LDR de 10 mm.
PROCEDIMENTOS
1. VERIFICANDO O CIRCUITO
Verifique a montagem do circuito na protoboard identificando os resistores
utilizados pelo código de cores.
2. ALIMENTANDO O CIRCUITO 1
Ligue a fonte de alimentação e ajuste o valor do canal 1 para 1 volt. Conecte a fonte
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O DIODO ZENER
de alimentação a protoboard.
3. MEDINDO A TENSÃO NO DIODO ZENER SEM CARGA
Conecte o multímetro ao diodo zener para verificar sua tensão. Varie a tensão
fornecida para o circuito com incrementos de 1V e obtenha a tensão sobre o diodo
zener sem carga.
4. MUDANDO O CIRCUITO ANALISADO
Acesse a aba de circuitos e clique no botão acima de “Selecionar Circuito” para
trocar entre as montagens disponíveis. Quando o circuito 2 estiver sendo exibido,
clique na opção “Selecionar Circuito”.
5. MEDINDO A TENSÃO NO DIODO ZENER COM CARGA
Ajuste o valor da fonte de tensão para 1V e conecte a fonte de tensão a protoboard.
Conecte o multímetro ao diodo zener para verificar a tensão sobre a carga. Varie a
tensão fornecida para o circuito com incrementos de 1V e obtenha a tensão sobre o
diodo zener com carga.
6. AVALIANDO OS RESULTADOS
Siga para a seção “Avaliação dos Resultados”, localizada nas páginas 07 e 08 deste
roteiro, e responda de acordo com o que foi observado no experimento, associando
também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema.
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AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS
1. Preencha a tabela abaixo com os valores de medição obtidos durante a
realização do experimento sem carga.
TENSÃO DA
FONTE [V]
TENSÃO SEM
CARGA [V]
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
13,00
14,00
15,00
16,00
17,00
18,00
19,00
20,00
Tabela 1 – Dados experimentais.
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2. Preencha a tabela abaixo com os valores de medição obtidos durante a
realização do experimento com carga.
TENSÃO DA
FONTE [V]
TENSÃO COM
CARGA [V]
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
13,00
14,00
15,00
16,00
17,00
18,00
19,00
20,00
Tabela 2 – Dados experimentais.
3. Descreva qual é o impacto da carga no circuito?
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TUTORIAL VIRTUALAB
1. VERIFICANDO O CIRCUITO
Visualize a protoboard clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o
nome “Protoboard” localizada dentro do painel de visualização no canto superior
esquerdo da tela. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+2”.
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Verifique a montagem do circuito na protoboard identificando os componentes
utilizados.
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2. ALIMENTANDO O CIRCUITO 1
Visualize a fonte clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome
“Fonte” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela.
Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+3”.
Ligue a fonte clicando com botão esquerdo do mouse sobre o botão “ON/OFF”.
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Abra a janela para ajuste de tensão do canal 1 clicando com botão esquerdo do mouse
no botão “PUSH(V)” do lado esquerdo.
Ajuste o valor da tensão do canal 1 para 1V clicando com botão esquerdo do mouse e
arrastando o botão da barra de rolagem.
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Feche a janela clicando com botão esquerdo do mouse no “X” localizado no canto
superior direito.
Conecte a fonte de alimentação à protoboard clicando com botão direito do mouse
sobre a fonte e selecionando a opção “Conectar à protoboard”.
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3. MEDINDO A TENSÃO NO DIODO ZENER SEM CARGA
Visualize a protoboard clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o
nome “Protoboard” localizada dentro do painel de visualização no canto superior
esquerdo da tela ou utilizando o atalho do teclado “Alt+2”.
Meça a tensão no diodo clicando sobre ele com botão direito do mouse e selecionando
a opção “Medir tensão”.
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Visualize o multímetro clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o
nome “Equipamentos” localizada dentro do painel de visualização no canto superior
esquerdo da tela. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+4”.
Anote o valor medido pelo equipamento e mude o valor da tensão na fonte clicando
com botão esquerdo do mouse no botão “PUSH(V)” do canal 1.
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Ajuste o valor da tensão do canal 1 para 2V clicando com botão esquerdo do mouse e
arrastando o botão da barra de rolagem.
Anote o valor medido pelo multímetro e mude o valor da tensão na fonte para 3V
clicando com botão esquerdo do mouse arrastando o botão da barra de rolagem.
Repita esse procedimento até chegar em 20V anotando os valores encontrados.
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Feche a janela clicando com botão esquerdo do mouse no “X” localizado no canto
superior direito.
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4. MUDANDO O CIRCUITO ANALISADO
Remova os cabos da fonte que estão conectados à protoboard clicando com botão
direito do mouse sobre a fonte e selecionando a opção “Remover Cabos”.
Desligue a fonte de alimentação clicando com botão esquerdo do mouse no botão
“ON/OFF”.
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Acesse a aba de circuitos clicando com botão esquerdo do mouse no terceiro ícone do
lado direito da tela.
Troque o circuito clicando com botão esquerdo do mouse no ícone ao lado do “X”.
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O DIODO ZENER
Substitua o circuito da protoboard clicando com botão esquerdo do mouse em
“Selecionar Circuito”.
Confirme a substituição do circuito da protoboard clicando com botão esquerdo do
mouse em “Sim”.
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O DIODO ZENER
5. MEDINDO A TENSÃO NO DIODO ZENER COM CARGA
Repita o procedimento da seção 2 para ligar a fonte, deixar a tensão em 1V e conectá-
la à protoboard.
Repita o procedimento da seção 3 e meça os valores de tensão no diodo zener com
carga, variando a tensão na fonte de 1 em 1 até chegar em 20V. Anote todos os valores.
6. AVALIANDO OS RESULTADOS
Siga para a seção “Avaliação dos Resultados”, localizada nas páginas 07 e 08 deste
roteiro, e responda de acordo com o que foi observado no experimento, associando
também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema.
Pré Teste
1) 
A região Zener é uma região onde:
A) A curva característica do diodo cai de forma quase vertical em um potencial de polarização 
reversa denotado por Vz;
B) A curva característica do diodo cai de forma quase vertical em um potencial de polarização 
direta denotado por Vz;
C) A curva característica do diodo cai lentamente em um potencial de polarização reversa 
denotado por Vz.
2) 
Quando polarizamos um diodo Zener diretamente, vemos que:
A) Sua curva característica é igual a curva de polarização reversa;
B) Sua curva característica se assemelha a curva de um diodo retificador;
C) Sua curva características se assemelha a curva de um LED.
3) 
Por sua característica de manter a tensão praticamente constante após exceder 
determinado valor, o diodo Zener é geralmente utilizado como:
A) Regulador de tensão em circuitos eletrônicos;
B) Filtro de tensão em circuitos eletrônicos;
C) Divisor de tensão em circuitos eletrônicos.
4) 
Ao projetar um circuito com o diodo Zener, nota-se que existe a presença de um resistor 
entre o Zener e o terminal positivo da fonte, com a função de:
A) Limitar a corrente que passa pelo zener;
B) Desviar a corrente que passa pelo Zener;
C) Aumentar a corrente que passa pelo zener.
5) 
Quando se adiciona uma carga que requer muita corrente do circuito, o diodo Zener começa 
a:
A) perder suas propriedades de regulação, fazendo com que o valor da tensão de Zener 
aumente;
B) perder suas propriedades de regulação, podendo até em valores mais elevados de corrente 
sair da região Zener;
C) perder suas propriedades de regulação, fazendo com que o valor da tensão de Zener diminua.
Experimento
Acesse o laboratório:
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!
 
Pós Teste
1) A respeito do primeiro circuito, o regulador a Zener sem carga, pode ser observado que:
A) antes de atingir a tensão de Zener, a variação de tensão da fonte é igual a variação da saída. 
Após atingida a tensão de Zener, a variação de tensão na saída se torna maior que a variação 
da fonte, mantendo a saída em um valor praticamente constante.
B) antes de atingir a tensão de Zener, a variação de tensão da fonte é igual a variação da saída. 
Após atingida a tensão de Zener, a variação de tensão na saída se torna menor que a variação 
da fonte, mantendo a saída em um valor praticamente constante.
C) depois de atingir a tensão de Zener, a variação de tensão da fonte é igual a variação da saída. 
Antes de atingida a tensão de Zener, a variação de tensão na saída se torna menor que a 
variação da fonte, mantendo a saída em um valor praticamente constante.
2) Em relação ao segundo circuito, regulador a Zener com carga, pode ser observado que:
A) a colocação da carga não exerceu nenhuma influência em relação a regulação.
B) a regulação não acontece mais ao simplesmente atingir a tensão zener, a fonte precisa 
fornecer um valor de tensão maior para começar a surgir uma certa regulação no circuito.
C) a regulação para de acontece, independentemente do valor de tensão fornecido pela fonte.
3) Se não alterássemos a fonte, mas quadruplicássemos o valor de corrente demandada pela 
carga o que ocorreria com o circuito:
A) não seria mais possível haver uma regulação de tensão.B) como a carga está demandando mais corrente, a tensão de Zener aumentará, ficando acima 
do valor nominal da tensão de Zener.
C) o circuito funcionaria da mesma forma do circuito com apenas uma carga.
Ao aumentarmos a demanda de corrente da carga, deixamos de garantir a corrente mínima 
de regulação para o Zener, uma solução para aumentarmos o fluxo de corrente no circuito 
seria diminuir o valor do resistor de Zener.
4) 
Em relação a afirmação anterior, podemos dizer que:
A) a afirmação está incorreta. Ao se reduzir o valor do resistor corre-se o risco de fazer com que 
a corrente que circule no Zener, quando a carga estiver desconectada, ultrapasse a corrente 
máxima do componente.
B) a afirmação está correta. Pela lei de Ohm (V = RI → I = V/R), ou seja, se reduzimos a 
resistência teremos valores maiores de corrente.
C) a afirmação está correta. Reduzindo o valor do resistor de Zener teremos um aumento na 
tensão fornecida pela fonte.
5) Considerando que a saída de uma fonte tenha uma tensão que varie de 15 V a 18 V, e quero 
alimentar uma carga que necessita de uma tensão de 12 V e uma corrente de 20 mA. 
Determine o Zener e o resistor necessário para esta situação.
A) Zener de 12 V e resistor maior que 82 Ω e menor que 130 Ω.
B) Zener de 15 V e resistor entre 82 Ω e 130 Ω.
C) Zener de 12 V e resistor maior ou igual a 130 Ω.