Universidade Federal de Juiz de Fora Laboratório de Eletrônica CEL037

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1 Universidade Federal de Juiz de Fora Laboratório de Eletrônica CEL037 1 Título Prática 1 Fonte de Alimentação Regulável 2 Objetivos Estudo de algumas topologias e desenvolvimento de uma fonte de alimentação regulável. 3 Fundamentos teóricos As diversas fontes de alimentação usadas atualmente, reguláveis ou não, tem como função fornecer uma tensão de saída contínua, uma vez alimentadas pela tensão alternada fornecida pela concessionária de energia. Para que a transformação da tensão alternada em tensão contínua ocorra, são utilizadas várias técnicas, as quais podem ser divididas em estágios constituintes da fonte em desenvolvimento. Assim, será feita a descrição de cada estágio com seus componentes, e verificações através de medidas após os estágios implementados. 3.1 Redução da Tensão da Rede Em nosso país a tensão nominal de alimentação é de 127 V rms. Esta tensão corresponde a aproximadamente 180 V p ou 360 V pp, tensão esta extremamente elevada para alimentação de circuitos eletrônicos. Assim sendo, para reduzir este valor, faz-se uso de transformadores abaixadores. Destes, existem diversos tipos disponíveis comercialmente. Os principais parâmetros para tais transformadores são: Tensão do primário: nada mais do que a tensão de alimentação do transformador. Existem transformadores disponíveis para 127 V rms, 220V rms, ou em alguns casos, ambas as tensões, bastando neste caso somente alterar-se as conexões do transformador; Tensão do Secundário: esta define a tensão de saída. Este valor pode ser variável. Geralmente um mesmo transformador pode ter várias saídas possíveis, mas pode também ser específico para uma saída somente, ou mesmo enrolados sob encomenda, para produção de tensões não comuns comercialmente; Corrente de Secundário: como todo componente elétrico, o transformador possui uma corrente máxima suportada a qual pode ser fornecida; Número de Enrolamentos no Secundário: define quantos enrolamentos secundários o transformador possui. No caso, como citado acima de um transformador possuir mais de uma saída possível, o mesmo terá o mesmo número de saídas possíveis e enrolamentos secundários. 3.2 Retificação Depois de adequada em um menor nível de tensão pelo estágio anterior, a tensão ainda continua sendo alternada, e este tipo de tensão não pode ser usada para alimentação de circuitos eletrônicos. Assim, torna-se necessária a implementação de um estágio de retificação desta tensão.

2 Universidade Federal de Juiz de Fora Laboratório de Eletrônica CEL037 Para tanto, existem dois tipos de abordagens distintas, as quais sejam: Retificação de meia onda: com menor rendimento, pois somente utiliza um semiciclo da senóide; Retificação de onda completa: de melhor rendimento, uma vez que utiliza ambos os semiciclos da senóide. 3.3 Filtragem Apesar de retificada, a tensão de saída do transformador ainda oscila muito, oscilações essas que podem danificar os circuitos a serem alimentados. Assim, o uso de capacitores em paralelo com a carga é capaz de filtrar essas oscilações, e a saída da fonte passa a ser praticamente constante. Essa filtragem se dá uma vez que o capacitor se comporta como um curto circuito para as tensões alternadas oriundas do estágio de retificação, enquanto o mesmo funciona similarmente a um circuito aberto para a tensão contínua vinda do estágio anterior. Dessa forma, as componentes alternadas tem um caminho alternativo que não seja pela carga alimentada, e as tensões contínuas tem como único caminho possível a alimentação da carga em questão. 3.4 Regulação Após a filtragem, o valor de tensão se torna praticamente constante, mas ainda existe uma pequena oscilação devida ao capacitor, que é chamada de Ripple. Esta variação pode ser ainda prejudicial ao circuito, e para eliminá-la aplicam-se técnicas de regulagem de tensão. Um dos dispositivos que pode ser utilizado para implementar um regulador de tensão é o diodo Zener, o qual é capaz de manter a tensão na carga fixa, de forma independente da tensão disponível logo após a filtragem. 3.5 Variação da tensão na carga Há casos em que se torna necessária a variação da tensão na carga. Para tanto, existem dois esquemas possíveis que serão estudados: Troca do diodo Zener: pode-se criar um circuito no qual o diodo Zener que será empregado seja comutado utilizando-se uma chave comutadora. Porém, este esquema apresenta dois inconvenientes, que são a possibilidade de uso somente de valores discretos de tensão de saída, e a baixa corrente de saída, gerada pela presença do diodo Zener; Inclusão de transistor e potenciômetro: é a opção mais utilizada. É ajustada através do potenciômetro, o qual fornece uma variação linear de tensão, e dessa forma o transistor pode fornecer uma corrente de saída maior do que a obtida no esquema anterior. 4 Trabalho preparatório Como trabalho preparatório, pede-se para que se efetue a simulação de todos os circuitos, da Fig. 1.1 até a Fig. 1.7, de forma a obter a forma de onda sobre a carga em cada caso, e preenchendo as tabelas com os valores indicados.

3 5 Execução 5.1 Características do transformador O transformador utilizado no módulo Data Pool disponível possui um secundário com característ ticas: 12 V rms V rms x 1A. Este tipo de transformador é dito ser de tap, ou tomada, central. E o mesmo possui dois secundários idênticos, conforme mostrado na Fig Para obter as características deste secundário, ambos canais do osciloscópio devem ser conectados nas saídas do transformador, e o tap central deve ser tomado como referência. De posse desses valores, a Tabelaa 1.1 deve ser preenchida. Medidas Secundário A Secundário B Tensão de pico (V p ) Tensão pico a pico (V pp ) Tensão RMS (V rms ) Período da Tensão Tabela 1.1 Características do transformador. 5.2 Retificação Retificação de meia onda Montar o circuito da Fig e variar valores que compõem a Tabela 1.2 o resistorr de cargaa de acordo com os na Tabela 1.2

4 Tensão de pico (Vp) Tensão RMS (V rms ) Tabelaa 1.2 Parâmetros do retificador de meiaa onda Retificação de onda completa com tomada central Montar o circuito da Fig e variar o resistorr de cargaa de acordo com os valores que compõem a Tabela 1.3 na Tabela 1.3 Tensão de pico (Vp) Tensão RMS (V rms ) Tabela 1.3 Parâmetros do retificador com tomada central Retificação de onda completa com ponte Montar o circuito da Fig e variar o resistorr de cargaa de acordo com os valores que compõem a Tabela 1.4 na Tabela 1.4 Tensão de pico (Vp) Tensão RMS (V rms ) Tabela 1.4 Parâmetros do retificador com ponte. 5.3 Filtragem Montar o circuito da Fig e variar o resistorr de cargaa de acordo com os

5 valores que compõem a Tabela 1.5 na Tabela 1.5 Valores simulados C1 = 100 µf C1 = µf 1 kω 470ΩΩ 270ΩΩ 1 kω 470Ω 270Ω Tensão máxima (V Smáx ) Tensão mínima (V Smín ) Valores medidos C1 = 100 µf C1 = µf 1 kω 470ΩΩ 270ΩΩ 1 kω 470Ω 270Ω Tensão máxima (V Smáx ) Tensão mínima (V Smín ) Tabela 1.5 Parâmetros do retificadorr de onda completa c com filtro capacitivo. 5.4 Regulação Inicialmente deve-se calcularr o valor de R s, o qual será obtido com base nos dados obtidos no item anterior, para que se proceda a inserção do diodo Zener no circuito. Para tanto, adota-se o valor do capacitor C 1 como 1000 µf e os valores de tensão para a carga de 470Ω. A partir do data-sheet do diodo 1N4742, preenche-se a Tabela 1..6 com as características do diodo em questão. Medidas Valor Tensão Zener V Z (V) Potência máxima P Z (W) Corrente máxima I Zmáx (A)) Corrente mínima I Zmín n (A) = 10% I Zmáx Tabela 1.66 Parâmetros do diodo Zener. Agora, utilizando-se uma média aritmética nos resultados das Eqs. (1.1) e (1.2), calcula-se o valor de R s., í, á 1.1,, á,, á í, í 1.2 Após calculado o valor de R s montar o circuito daa Fig. 1.6 e variar o resistor r de

6 carga de acordo com os valores que compõem a Tabela 1.77 na Tabela 1.7 Tabela 1.7 Parâmetros do retificador com regulação de tensão. 5.5 Variação de tensão na carga Montar o circuito da Fig e variar valores que compõem a Tabela 1.8 o resistorr de cargaa de acordo com os na Tabela 1.8 Ω Tensão mínima (V mín ) Tensão máxima (V máx ) Tabelaa 1.8 Parâmetros daa fonte com regulagem de tensão sobre a carga. 6 Relatório e conclusões O relatório referentee à práticaa desenvolvida deve conter: Os valores das simulações efetuadas e as formas de onda obtidas de cadaa circuito; Explicação para o esquemaa de retificação de onda completa com tomadaa central e para o esquema de retificação de onda completa c com ponte; ; Explicação para a variaçãoo de tensão sobree a cargaa e o aumento da capacidade de corrente da fonte quando se inclui o potenciômetro e o transistorr no circuito; Análise crítica entre os valores e as formas de onda obtidas através de

7 Universidade Federal de Juiz de Fora Laboratório de Eletrônica CEL037 simulação e no circuito real; Tabela comparativa para cada configuração adotada, relacionando o valor de carga e o valor de tensão na saída da fonte. Calcular a variação percentual de tensão sobre a carga quando se considera a mesma tendo valor 470Ω. 7 Bibliografia SEDRA, Adel S.; SMITH, K. C. Microeletrônica. Pearson Prentice Hall. BOYLESTAD. Robert L.; NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Person Prentice Hall. BOGART, Theodore F. Dispositivos e Circuitos Eletrônicos. Makron Books. LALOND, David E.; ROSS John A.. Princípios de Dispositivos e Circuitos Eletrônicos. Makron Books. MARQUES, Ângelo Eduardo B., et al. Dispositivos Semicondutores: Diodos e Transistores. Érica.