ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos. 1. Introdução

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1 ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos 1. Introdução O experimento Fontes de Tensão tem como principais objetivos: estudo do funcionamento do diodo zener e de circuitos reguladores de tensão transistorizados; medida da regulação de carga, da regulação de linha e da rejeição de ripple. 2. Projeto (a ser realizado ANTES da aula experimental) Dados para o projeto: Diodo Zener 1N4735 V Z6,2V p/ I Z41mA, P Z0,5W, R Z2Ω, I Zmín4mA, I Zmáx 81mA Transistor 2N3055 β máx 70@4A/4V (V CE) P Cmáx115W, V CEmáx60V, I Cmáx15A PSI 2307 Laboratório de Eletrônica Exp.2 Fontes de Tensão Transformador 110 : 18 Diodo V D0,8V ( tensão de Capacitor 1000µF condução por diodo) Turma: ( ) SEG - T1-2 ( ) TER T3 ( ) SEX T4-5 Prof(s): IMPORTANTE: Adote em todos os casos Ventrada 125V ef (e não 110V ef), escalando proporcionalmente a tensão obtida no secundário. Adote resistência total equivalente do secundário R ST4Ω. Data da realização do experimento: Bancada n o : NOTA: 2.1 Regulador de Tensão com Diodo Zener e Resistor Projete a fonte de tensão regulada a diodo zener mostra da na figura 1 seguindo os passos sugeridos. Equipe: CÓPIA DO PROFESSOR Figura 1: Fonte de tensão com resistor e diodo zener 1 o sem Fontes de Tensão - Exp 2-2

2 2.1.1 Calcule o valor de V A máx em A considerando a saída do filtro capacitivo em aberto Por que o resistor R pode ser considerado como sendo a carga do filtro capacitivo no item 2.1.3? V A máx (Filtro capacitivo em aberto ) Calcule o valor do resistor R para I Z40 ma. Aproxime o resultado para o valor comercial mais próximo (Rcom). R Rcom Determine o valor de V A mín no ponto A. (Existem aparentemente duas formas de determinar V A mín; subtraindo-se o valor V A pp encontrado no item do valor V A max encontrado no item ou então subtraindo-se metade do valor V A pp de V A DC encontrados no item Qual o valor mais correto e por quê?) Utilizando as curvas de Schade em anexo, determine os valores V A DC e V A pp (ondulação) no ponto A (entrada do regulador) considerando o resistor R como sendo a carga do filtro capacitivo. V A DC V A pp V A mín Exp. 2-3 Fontes de Tensão Fontes de Tensão - Exp 2-4

3 2.1.6 Calcule o valor de R Lmín Considerando a tensão no ponto A constante e igual V A DC, calcule a regulação de carga (RC). R Lmin Calcule a Regulação de Linha para R LR Lmín RC Calcule o η (rendimento) esperado para esta montagem. R Li p/ R L R lmin Calcule a Rejeição de Ripple para R LR Lmín η RR p/ R L R lmin Exp. 2-5 Fontes de Tensão Fontes de Tensão - Exp 2-6

4 OBS.: Os itens a deverão ser feitos durante a aula experimental Calcule a Regulação de Linha para R L 2.2 Regulador de Tensão com Transistor e Diodo Zener Projete a fonte de tensão regulada a transistor e diodo zener mostrada na figura 2 seguindo os passos sugeridos. R Li p/ R L Calcule a Rejeição de Ripple para R L Figura 2: Regulador de tensão com transistor e diodo zener Determine V A DC e V A pp (ondulação) no ponto A (entrada do regulador) considerando R carga do filtro capacitivo de 70Ω. Utilize RST 4Ω. RR p/ R L Considerando a tensão no ponto A constante e igual V A DC, calcule a regulação de carga (RC). RL V A DC RC V A pp Exp. 2-7 Fontes de Tensão Fontes de Tensão - Exp 2-8

5 2.2.2 Calcule o valor de R Lmín. 3. Procedimento Experimental e Análise de Resultados 3.1 Fonte de Tensão com Diodo Zener e Resistor Procedimento Experimental Utilizaremos a placa e a montagem indicada na figura 3, para implementar o circuito de regulador de tensão com diodo zener e resistor projetado (figuras 1 e 4). A Entrada do Regulador B Saída R L min Estime o valor da resistência de carga equivalente vista pelo filtro capacitivo quando R L 18Ω que é o R L min da montagem experimental do laboratório. O valor obtido está coerente com aquele utilizado no item 2.2.1? Figura 3: Representação da Placa e da montagem Fonte Regulada de Tensão com Diodo Zener e Resistor utilizando a mesma. R carga do filtro capacitivo Figura 4: Fonte de tensão com resistor e diodo zener Exp. 2-9 Fontes de Tensão Fontes de Tensão - Exp 2-10

6 Conecte a década de resistências em série com o multímetro de mão operando como amperímetro entre os pontos B e E (deixe os pontos G-F e H-I em aberto) Conecte o multímetro digital da bancada operando como voltímetro em paralelo com a caixa de resistências. O VOLTÍMETRO DEVE SER CONECTADO DE FORMA A MEDIR A TENSÃO ANTES DO AMPERÍMETRO (Justifique), isto é, entre B e E Desconecte cuidadosamente os terminais da rede (125V ef) da entrada do transformador. Remova a ligação entre os pontos A e A Ligue a fonte de alimentação HP3631A da bancada e ajuste sua tensão para o valor do item CUIDADO Ajuste a fonte para o valor desejado sem conectá-la ao circuito. Confirme o valor ajustado medindo com o multímetro os terminais correspondentes da fonte. Pressione a tecla Output ON/OFF e certifique-se que a frase OUTPUT OFF esteja no display da fonte (assim não há tensão nas saídas da fonte). OBS: Caso necessário, use as fontes +25V e 25V em série, extraindo a tensão diretamente entre os terminais + e da fonte ± 25V (peça ajuda do professor se necessário) Com a fonte j á ajustada para o valor desejado, mas com sua saída em OUTPUT OFF, conecte-a adequadamente aos pontos A (positivo) e M (negativo) do circuito. Pressione a tecla Output ON/OFF e certifique-se que o valor de tensão desejado apresenta-se no display da fonte (agora há tensão nas saídas da fonte) Ligue cuidadosamente o cabo de força à rede elétrica (125V ef); Ajuste a caixa de resistências com o valor de R L indicados e meça os valores médios de tensão nos pontos A e B com o multímetro de bancada e as respectivas amplitudes de pico a pico das ondulações com o osciloscópio (use os canais ao mesmo tempo, ambos no modo AC, BW ON) Variando a resistência da década de 0 até 10KΩ (passando por R Lmín) verifique o comportamento da fonte e monte a tabela abaixo (levante o número de pontos que julgar conveniente). Desenhe o gráfico V BDC x I RL (se preferir use o programa PLOTE para isto). R L (Ω) V BDC (V) I RL (A) 0 R L (V) V App (V) V BDC (V) V Bpp (V) R Lmin R L R L (aberto) O valor V BDC está coerente? 10K R L (aberto) rto) Reconecte a caixa de resistências e o amperímetro entre os pontos B e E. 0 Exp Fontes de Tensão Fontes de Tensão - Exp 2-12

7 Ajustando R L para o valor solicitado e ajustando a tensão da fonte de alimentação para ( + 10%), e ( - 10%) faça as medidas necessárias e preencha a tabela abaixo. OBS: Caso necessário, use as fontes +25V e 25V em série, extraindo a tensão diretamente entre os terminais + e da fonte ± 25V (peça ajuda do professor se necessário) Escolhendo o intervalo de pontos pertinentes do gráfico de V BDC x I RL, do item (destacando no gráfico como calculou Ri), determine a resistência interna Ri do gerador equivalente associado à fonte de tensão de acordo com o modelo indicado na figura 5. Se desejar utilize a regressão do programa Plote para isso. V A DC (V) V B DC (V) I RL (A) I fonte HP3631A (A) R Lmin R L ( - 10%) ( + 10%) ( - 10%) ( + 10%) Figura 5: Modelo do Gerador Equivalente Ri O valor de Ri neste caso deve ser baixo ou alto? O resultado obtido está coerente? Justifique Pressione a tecla Output ON/OFF e certifique-se que o display da fonte indica OUTPUT OFF Análise dos Resultados Preencha a tabela a seguir com os valores esperados, experimentais ou calculados (indicando claramente todos os cálculos realizados). Justifique eventuais discrepâncias entre os valores esperados e experimentais. R L I RL Esperado Experimental Desvio V APP V BDC V BPP R Li (regulação de linha) RR (rejeição de ripple) RC (regulação de carga) η (rendimento) Exp Fontes de Tensão Fontes de Tensão - Exp 2-14

8 3.2 Regulador de Tensão com Transistor e Diodo Zener Procedimento Experimental Utilizaremos a placa e a montagem indicada na figura 6, para implementar o circuito de regulador de tensão com diodo zener e resistor projetado (figuras 2 e 7) Conecte a década de resistências em série com o multímetro de mão (na escala de corrente) entre os pontos G e F. É proibido conectá-la entre os pontos G e E (JUSTIFIQUE PORQUE). A Entrada do Regulador G Saída Ajuste o valor da década de resistência para 0Ω. Conecte o multímetro digital da bancada entre os pontos G e E na escala de tensão Conecte cuidadosamente a entrada do transformador aos terminais da re de (125V ef) e em seguida meça e anote os valores médios de tensão nos pontos A e G com o multímetro da bancada e as respectivas amplitudes de pico a pico das ondulações com o osciloscópio (use os dois canais ao mesmo tempo, ambos no modo AC). R L (V) V App (V) V GDC (V) V Gpp (V) R Lmin R L Figura 6: Representação da Placa e da montagem Fonte Regulada de Tensão com Transistor e Diodo Zener utilizando a mesma. R L (aberto) O valor V GDC está coerente? Figura 7: Regulador de tensão com transistor e diodo zener Anote o valor nominal (isto é, escrito no resistor) de R Lmin. R Lmin Exp Fontes de Tensão Fontes de Tensão - Exp 2-16

9 Desconecte cuidadosamente os terminais da rede (125V ef) da entrada do transformador. Remova a ligação entre os pontos A e A Ligue a fonte de alimentação HP3631A da bancada e ajuste sua tensão para o valor do item CUIDADO Ajuste a fonte para o valor desejado sem conectá-la ao circuito. Confirme o valor ajustado medindo com o multímetro os terminais correspondentes da fonte. Pressione a tecla Output ON/OFF e certifique-se que a frase OUTPUT OFF esteja no display da fonte (assim não há tensão nas saídas da fonte). OBS: Caso necessário, use as fontes +25V e 25V em série, extraindo a tensão diretamente entre os terminais + e da fonte ± 25V (peça ajuda do professor se necessário) Com a fonte já ajustada para o valor desejado, mas com sua saída em OUTPUT OFF, conecte-a adequadamente aos pontos A (positivo) e M (negativo) do circuito. Pressione a tecla Output ON/OFF e certifique-se que o valor de tensão desejado apresenta-se no display da fonte (agora há tensão nas saídas da fonte) Variando a resistência da década de 0 até 10KΩ (lembre-se que neste caso a resistência total da carga R L é dada pela resistência da década em série com R Lmin ) verifique o comportamento da fonte e monte a tabela abaixo (levante o número de pontos que julgar conveniente). Desenhe o gráfico V GDC x I RL (se preferir use o programa PLOTE para isto). R LMIN R L (Ω) V GDC (V) I RL (A) Ajustando R L para o valor solicitado e ajustando a tensão da fonte de alimentação para ( + 10%), e ( - 10%) faça as medidas necessárias e preencha a tabela abaixo. OBS: Caso necessário, use as fontes +25V e 25V em série, extraindo a tensão diretamente entre os terminais + e da fonte ± 25V (peça ajuda do professor se necessário). R Lmin R L ( - 10%) ( + 10%) ( - 10%) ( + 10%) V A DC (V) VG DC (V) I RL (A) I fonte HP3631A (A) Pressione a tecla Output ON/OFF e certifique-se que o display da fonte indica OUTPUT OFF Análise dos Resultados Preencha a tabela a seguir com os valores esperados, experimentais ou calculados (indicando claramente todos os cálculos realizados). Justifique eventuais discrepâncias entre os valores esperados e experimentais. R L I RL Esperado Experimental Desvio V APP V GDC V GPP R Li (regulação de linha) RR (rejeição de ripple) RC (regulação de carga) R LMIN+10K Reconecte o amperímetro e a caixa de resistências entre os pontos G e F. η (rendimento) Exp Fontes de Tensão Fontes de Tensão - Exp 2-18

10 Escolhendo o intervalo de pontos pertinentes do gráfico de V BDC x I RL, do item (destacando no gráfico como calculou Ri), determine a resistência interna Ri do gerador equivalente associado à fonte de tensão de acordo com o modelo indicado na figura 5. Se desejar utilize a regressão do programa Plote para isso. 4. Conclusões Ri O valor de Ri neste caso deve ser baixo ou alto? O resultado obtido está coerente? Justifique O valor de Ri da fonte com zener e transistor indica que esta montagem é melhor ou pior que a montagem da fonte apenas com zener? Justifique Compare os valores obtidos para a ondulação no ponto A (V APP ) das duas montagens? Isto era esperado? Por quê? Na verdade, cada fonte tem uma finalidade distinta. Se as duas fontes forem testadas nas mesmas condições (como você faria isto?), o que você esperaria para a ondulação no ponto A dos dois circuitos? Justifique. Exp Fontes de Tensão Fontes de Tensão - Exp 2-20

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