DISCIPLINA CIRCUITOS ELETRÔNICOS. Módulo dois: Estudo dos reguladores de tensões de potência média. I C V CE I E

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1 DISCIPLINA CIRCUITOS ELETRÔNICOS Módulo dois: Estudo dos reguladores de tensões de potência média. 1. Introdução: O regulador de tensão a transistor permite manipular uma maior potência de saída na carga. O transistor possui um ganho alto de corrente e por isso as variações da corrente I Z são pequenas, com ou sem carga de saída. 2. CIRCUITO REGULADOR DE TENSÃO A DIODO ZENER E TRANSISTOR I C V CE I E Q 1 V S V CB V BE I L + R S I S I B V E R L V L + _ I Z V Z 2. ANÁLISE DO CIRCUITO A) TENSÔES V E = V L + V CE (1) V E = V Z + V S (2) V S = V CE - V BE (3) V L = V Z - V BE (4) B) CORRENTES I C = I E (I B desprezível, pois β é grande) = I L (5) I S = I Z + I B (6) I E = (β + 1) I B (7) 3. ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO TRANSISTOR E DO ZENER - V CE SAT = 0,3V, V BESAT = 0,7V. BV CEO = Tensão de ruptura coletor emissor. Pc MAX = Potência Máxima do transistor = V CE x I C. β = Ganho do transistor. = Potência máxima no zener. P Z MAX Pág. 1

2 V Z I C = Tensão Nominal do zener. = Corrente máxima do transistor. 4. DIMENSIONAMENTO DA FAIXA DE VALORES PARA O RESISTOR R S, I L = cte. Quando I L é constante, temos I B = I L /β. V E - V Z V E - V Z R S MIN = e R S MAX = I Z MAX + I B I Z MIN + I B Adota-se um valor para: R S MIN R S R S MAX. 5. ANÁLISE DA REGULAÇÃO DE TENSÃO DO CIRCUITO PARA AS SITUAÇÕES DE VARIAÇÕES NA ENTRADA E NA SAÍDA. Para cada situação deveremos analisar para os efeitos desta variação no transistor e no zener e escolher a condição que satisfaz ambas as situações. a) Mantendo-se R L = constante e variando-se V E para valor mínimo e máximo. a.1 - Para o zener V E MIN1 = R S ( I Z MIN + I B ) + V Z (8) V E MAX1 = R S ( I Z MAX + I B ) + V Z (9) a.2 - Para o transistor V E MIN2 V E MAX2 = V CE MIN + V L = V CE MIN + V Z V BE = V CE MAX + V L = BV CEO + V L V E MAX3 Pc MAX = + V L I C a.3 - Escolha dos valores de entrada V E MIN e V E MAX Entre os valores de V E MIN escolher o Maior valor de V E MIN. Entre os valores de V E MAX escolher o Menor valor de V E MAX. c) Mantendo-se V E = constante e variando-se R L para valor mínimo e máximo. c.1 R L MIN R L MIN V L = I L MAX Pág. 2

3 V Z - V BE V Z - V BE I L MAX = I C I L MAX =. V CE R L MIN =. V CE Pc MAX Pc MAX c.2 R L MAX = Exemplo: Para os dados fornecidos abaixo, calcular a tensão mínima e máxima da tensão de entrada, carga mínima e máxima de saída, a corrente que circula em R S e a tensão de saída de uma fonte de tensão, conforme circuito a seguir. Dados fornecidos: V E = 12V, Rs = 100Ω, V z = 6,2V, V BESAT = 0,7V, V CESAT = 0,3V, BV CEO = 80V, I CMAX = 1A, P z MAX = 1W, PC MAX = 2W, I SAÍDA = 200mA e β = 50. CIRCUITO REGULADOR DE TENSÃO A DIODO ZENER E TRANSISTOR. I C V CE I E Q 1 V S V CB V BE I L + R S I S I B V E V L R L + _ I Z V Z - a) Cálculo da corrente de base de Q 1 I SAÍDA 200 I B = = = 4 ma β 50 b) Cálculo da corrente de Zener P ZMAX 1W I ZMAX = = = 161,2 ma e I ZMIN = 10% I ZMAX. V z 6,2 Assim I ZMIN = 16,12mA. c) Mantendo-se R L = constante, calcula-se V EMIN e V EMAX, para os transistor e zener. a.1) Para o zener V EMIN = V Z + R S (I ZMIN + I B ) = 6, (16,13 + 4) ,21V. V EMAX = V Z + R S (I ZMAX + I B ) = 6, (161,3 + 4).10-3 = 22,73V. Pág. 3

4 a.2) Para o transistor V EMIN = V CESAT + V L = 0,3 + V Z V BESAT = 5,8V. V EMAX = V CEMAX + V L = BV CEO + V Z V BE = 85,5V. Pc Max 2 V EMAX = + V L = = ,5 = 15,5V I SAÍDA 200 b) Cálculo de R LMIN e R LMAX, para V E = cte. V EMIN = 8,21V e V EMAX = 15,5V V L V E V L 5,5 R LMIN = = V L = (12 5.5) = 17,88Ω. I LMAX Pc MAX 2 V L V Z - V BE R LMAX = = = I LMIN 0 R LMIN = 17,88Ω e R LMAX = Pág. 4

5 EXERCÍCIOS PROPOSTOS Responda as questões de 1 a 8 referentes ao circuito abaixo, segundo os dados e especificações a seguir. Dados: V Z = 5,6V, P ZMAX = 560mW, β MIN = 50, P CMAX = 5W, V CEMAX = 80V, V CEMIN = 0,3V, V BE = 0,6V. Considerando-se I ZMAX = P Z /V Z e I ZMIN = 10% I ZMAX. 1.o Exercício: Indique qual das alternativas é correta para a tensão de saída e corrente de saída, sabendo-se que V E = 10V e RL = 10Ω. a) V SAÍDA = 5,0V e I SAÍDA = 50mA b) V SAÍDA = 5,6V e I SAÍDA = 50mA c) V SAÍDA = 5,0V e I SAÍDA = 100mA d) V SAÍDA = 5,0V e I SAÍDA = 500mA e) V SAÍDA = 5,6V e I SAÍDA = 500mA Resposta: d 2.o Exercício: Indique qual das alternativas é correta para a tensão e corrente em R S, sabendo-se que V E = 10V e R S = 100Ω. a) V RS = 4,6V e I RS = 44mA b) V RS = 5,6V e I RS = 50mA c) V RS = 4,4V e I RS = 44mA d) V RS = 5,0V e I RS = 50mA e) V RS = 4,0V e I RS = 50mA Resposta: c Pág. 5

6 3.o Exercício: Indique qual das alternativas é correta para a tensão e corrente que circula no transistor, sabendo-se que V E = 10V e R S = 100Ω. a) V CE = 4,6V e I RS = 440mA b) V CE = 5,6V e I RS = 500mA c) V CE = 4,4V e I RS = 440mA d) V CE = 5,0V e I RS = 500mA e) V CE = 4,0V e I RS = 500mA Resposta: d 4.o Exercício: Indique qual das alternativas é correta para a potência consumida no transistor e na saída, sabendo-se que V E = 10V e RL = 10Ω. a) P C = 4,5W e P SAÍDA = 2,5W b) P C = 2,5W e P SAÍDA = 2,5W c) P C = 4,4W e P SAÍDA = 5,0W d) P C = 5,0W e P SAÍDA = 5,0W e) P C = 4,0W e P SAÍDA = 5,0W Resposta: b 5.o Exercício: Indique qual das alternativas é correta para a corrente no zener e na base do transistor, sabendo-se que V E = 10V e R S = 44Ω e RL = 10Ω. a) I Z = 90mA e I B = 20mA b) I Z = 56mA e I B = 10mA c) I Z = 50mA e I B = 15mA d) I Z = 100mA e I B = 20mA e) I Z = 90mA e I B = 10mA Resposta: e 6.o Exercício: Indique qual das alternativas é correta para a tensão mínima a ser aplicado na entrada, sabendo-se que R S = 44Ω e RL = 10Ω. a) V EMIN = 6,48V b) V EMIN = 7,42V c) V EMIN = 5,6V d) V EMIN = 7,5 e) V EMIN = 5,0 Resposta: a Pág. 6

7 7.o Exercício: Indique qual das alternativas é correta para a tensão máxima a ser aplicado na entrada, sabendo-se que R S = 44Ω e RL = 10Ω. a) V EMAX = 6,48V b) V EMAX = 7,42V c) V EMAX = 10,44V d) V EMAX = 10,84V e) V EMAX = 10,5V Resposta: c 8.o Exercício: Indique qual das alternativas está correta. Aplicando-se V E = 10V e RL = 1Ω para os dados do transistor verificar se: a) O transistor queima com P C = 10W b) O transistor está no limite com P C = 5W c) O transistor queima com P C = 25W d) O transistor queima com P C = 20W e) O transistor opera normal com P C = 2,5W Resposta: c Pág. 7