FONTES REGULADORA DE TENSO

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FONTE REGULADORA DE TENSO

Fonte de alimentao CA/CC

SANTOS2014

Sumrio1INTRODUO22RETIFICAO33FILTRAGEM64REGULAO E CONTROLE115PROTEO176CONCLUSO187BIBLIOGRAFIA19

INTRODUOCom o advento e crescimento constante da eletrnica no nosso dia a dia, utilizamos equipamentos que funcionam parcial ou integralmente em corrente contnua (CC) como o computador, a televiso, o micro-ondas, entre outros. Sendo assim, para suprir a necessidade de obter-se tenso contnua para alimentao de circuitos eletrnicos utilizado um dispositivo chamado fonte retificadora de tenso, no qual recebe a tenso alternada e transforma-a em tenso contnua. Este processo conhecido como retificao. Neste trabalho, vamos descrever o funcionamento da fonte regulada de tenso com alimentao de entrada 110V/220V, que alm de retificar tambm possibilita o ajuste da tenso contnua, podendo ser utilizada para testar circuitos e componentes eletrnicos.O objetivo do nosso trabalho explicar todas as etapas de construo de uma fonte regulada de tenso, desde o planejamento, custo, dimensionamento dos componentes e montagem de cada circuito da fonte.

RETIFICAOOs dispositivos semicondutores necessitam ser alimentados com tenses contnuas para devida polarizao. Como o nosso transformador recebe uma tenso alternada, precisamos convert-la em tenso contnua. Para isso, usamos circuitos retificadores que juntamente com os filtros possibilitam obter tenso contnua pura na sada.

Aps o primeiro estgio, que constitudo por um transformador para reduzir a tenso de entrada. Aps o primeiro processo, o segundo ser a retificao atravs de diodos que transformam a tenso alternada para contnua pulsante. No terceiro estgio o circuito de filtro, geralmente capacitivo, transforma a tenso contnua pura.Os circuitos retificadores so classificados em dois tipos, chamados de meia-onda e onda completa. Veremos o circuito retificador meia onda abaixo:

Durante o semiciclo positivo da tenso e entrada o diodo estar diretamente polarizado e conduzir, fazendo o circuito conduzir a corrente.Durante o semiciclo negativo, o diodo estar reversamente polarizado, no conduzindo corrente pelo circuito.A tenso de sada contnua da sada ter um valor DC igual a:

Para podermos aumentar o nvel de tenso contnua na sada, teremos que adicionar um filtro capacitivo ao circuito.A finalidade do capacitor no circuito de se carregar com a tenso de entrada durante o intervalo do semiciclo positivo, at atingir sua tenso mxima. Depois disso o diodo corta e o capacitor inicia um processo de descarga por meio da carga at que um novo semiciclo positivo faa com que a tenso no anodo do diodo seja maior, reiniciando o processo de carga.Notamos que o filtro faz com o que eleve o nvel de tenso contnua de sada, que varia das caractersticas do capacitor. A ondulao remanescente chamada de ripple, cujo valor pode avaliar a eficcia do circuito.A retificao de onda completa pode ser obtida por meio de dois circuitos sendo que usa um transformador com derivao central e dois diodos, e o que utiliza um transformador sem derivao, mas com quatro diodos ligados em ponte. Veremos abaixo o retificador de onda completa com dois diodos.O transformador utilizado no circuito possui derivao central que defasa a relao entre a tenso Ve1 a tenso Ve2 em 180. Durante o semiciclo positivo de Ve1 e o negativo de Ve2, o diodo D1 estar conduzindo e o diodo D2 estar cortado. Devido ao diodo D1 estar polarizado diretamente ir gerar uma corrente, fazendo com que aparea na sada o semiciclo positivo Ve1.Quando o semiciclo de Ve2 est positivo, o semiciclo de Ve1 estar negativo, e o diodo D2 estar polarizado diretamente, sendo assim, ir conduzir uma corrente, fazendo com que o prprio semiciclo de Ve2 aparea na sada.

Os diodos apresentam uma tenso de 0,7V (silcio) ou 0,3V (germnio), quando um deles estiver cortado, o outro estar conduzindo, fazendo com que a tenso.A ligao da ponte retificadora, utilizamos quatro diodos ligados em ponte que durante o semiciclo positivo os diodos D1 e D3 continuam conduzindo, fazendo circular uma corrente, fazendo com que aparea na sada o prprio semiciclo. No semiciclo negativo, os diodos D2 e D4 estaro conduzindo, fazendo circular uma corrente com o mesmo sentido que no outro caso, surgindo uma sada de tenso igualmente positiva.

Nos retificadores de onda completa, temos em todos os semiciclos da tenso de entrada, uma tenso de sada. O nvel de tenso contnua ser o dobro em relao ao retificador de meia onda:

FILTRAGEMO circuito retificador necessrio para converter um sinal com valor mdio nulo em um sinal com um valor diferente de zero. A sada resultante de um retificador uma tenso CC pulsante ainda no adequada para substituir uma bateria. Essa tenso poderia ser utilizada em algo como um carregador de baterias, em que a tenso CC mdia suficiente para fornecer uma corrente de carga para bateria. Para tenses CC de alimentao como aquelas utilizadas em rdios, aparelhos de som, computadores, etc., a tenso CC pulsante obtida de um retificador no boa o suficiente. Para que a tenso CC de sada da fonte seja mais estvel, um circuito de filtro torna-se necessrio.A figura a seguir mostra uma tenso de sada tpica de um filtro que servir para definir alguns dos fatores considerados no sinal. A sada filtrada apresenta um valor CC e uma variao CA (ondulao), quanto menor for a variao CA quando comparada ao valor CC, melhor ser a operao de filtragem.

Definio: ondulao :

Regulao de tensoOutro fator importante em uma fonte de alimentao o quanto h de variao da tenso CC de sada ao longo de uma faixa de operao do circuito. A tenso fornecida na sada na conduo em que no existe carga reduzida quando h corrente de carga drenada da fonte. Enquanto a tenso CC varia entre as condies com carga e sem carga descrito por um fator chamado de regulao de tenso.DEFINIO: Regulao de tenso dada por:

Fator de ondulao do sinal retificado: apesar de a tenso retificada no ser uma tenso filtrada, ela contm uma componente CC e uma componente de ondulao (ripple). Veremos a diante que um sinal retificado de onda completa tem uma componente CC maior e tem menos ondulao retificada de meia-onda.Meia-Onda: Para um sinal retificado de meia-onda, a tenso CC de sada :

O valor RMS da componente CA do sinal de sada pode ser calculado:

A ondulao percentual de um sinal retificado de meia-onda pode, ento, ser calculada como:

Onda Completa: Para um sinal retificado de onda completa, a tenso CC de sada :

O valor RMS da componente CA do sinal de sada pode ser calculado como:

A ondulao percentual de um sinal retificado de onda completa pode, ento, ser calculada como:

Filtro a capacitor:

Se no houvesse carga conectada aos terminais do capacitor, a forma de onda da sada seria idealmente um valor CC constante, com valor igual a tenso de pico do circuito retificador. Entretanto, o propsito de se obter uma tenso CC fornecer essa tenso para uso por vrios circuitos eletrnicos, os quais se constituem em carga para fonte de tenso. Uma vez que sempre haver uma carga na sada do filtro.

Filtro RC possvel reduzir uma ondulao ainda mais na sada de um filtro a capacitor utilizando uma seo RC adicional. A finalidade dessa seo adicional passar a maior parte da componente CC enquanto atenua-se (reduz-se) o componente CA o mximo possvel. Segue abaixo um retificador de onda completa com filtro a capacitor seguido de uma seo RC. O funcionamento do circuito de filtro pode ser analisando usando-se superposio para as componentes CC e CA do sinal.

Operao CC para seo de filtro RC: A figura abaixo mostra o circuito equivalente CC a ser utilizado na anlise do filtro RC. Uma vez que ambos os capacitores so circuitos aberto para operao CC, a tenso CC resultante na sada :

REGULAO E CONTROLEUm regulador de tenso pode ser definido como uma fonte de tenso que ajusta sua resistncia de sada para qualquer variao de impedncia de carga e de tenso de entrada de tal modo que a tenso de sada se mantenha constante[1]. Uma representao esquemtica desta definio mostrada na figura abaixo:

onde:VIN: tenso de entrada (V)VO : tenso de sada (V)IIN: corrente de entrada (A)IO: corrente de sada (A)CO e RO: cargas tpicas de um regulador de tenso.

Com isso, os parmetros que definem um regulador de tenso so: Tenso de Sada (VO): define qual o valor da tenso de sada nominal, dentro das condies de operao normais do circuito. Exatido da tenso de sada: valor normalmente definido em porcentagem que indica o quanto a tenso de sada pode variar de seu valor nominal.

Mxima corrente de sada: determina qual a mxima corrente de sada onde garantida a operao do circuito. Temperatura de operao: determina a faixa de temperatura que o circuito deve funcionar dentro das outras especificaes definidas. Faixa de tenso de entrada: especifica os limites superior e inferior de tenso de entrada onde o circuito deve operar.Segue abaixo as principais formas de obter-se regulagem de tenso:Regulao com diodo Zener:

O diodo Zener um dispositivo semicondutor, de dois terminais, diferente dos diodos comuns, tanto na sua construo fsica, quanto no seu funcionamento. O Zener possui uma juno maior que a do diodo comum, o que possibilita uma dissipao de potncia. Quanto ao seu funcionamento, foi projetado para operar na regio inversa da curva caracterstica e assim sendo, sua polarizao normal inversa. Este dispositivo tem como principal caracterstica manter a tenso zener (Vz) constante, entretanto, necessrio ter na entrada do mesmo uma tenso acima de Vz e utilizar um resistor para limitar a corrente no zener. A tabela abaixo ilustra os principais diodo zener comerciais, as tenses de regulao vo de 3,3 at 100V e as potncia de 0,4W at 5W. Vale ressaltar que os componentes com potncia igual a 400mW ou 500mW tem encapsulamento DO-35, enquanto o zener de 1W tem encapsulamento DO-41 e os semicondutores de 5W tem encapsulamento T-18

ZenerTensoWattsZenerTensoWattsZenerTensoWatts

1N746 3,3 0,41N52273,60,51N4751301 W

1N747 3,6 0,41N52283,90,51N4752331 W

1N748 3,9 0,41N52294,30,51N4753361 W

1N749 4,3 0,41N52304,70,51N4754391 W

1N750 4,7 0,41N52315,10,51N4755431 W

1N751 5,1 0,41N52325,60,51N4756471 W

1N752 5,6 0,41N52346,20,51N4757511 W

1N753 6,2 0,41N52356,80,51N4758561 W

1N754 6,8 0,41N52367,50,51N4759621 W

1N755 7,5 0,41N52378,20,51N4760681 W

1N756 8,2 0,41N52399,10,51N4761751 W

1N757 9,1 0,41N524010 0,51N4762821 W

1N758 10 0,41N524212 0,51N4763911 W

1N759 12 0,41N524515 0,51N47641001 W

1N957 6,8 0,41N524616 0,51N53333,35 W

1N958 7,5 0,41N524818 0,51N53343,65 W

1N959 8,2 0,41N525020 0,51N53353,95 W

1N960 9,1 0,41N525122 0,51N53364,35 W

1N961 10 0,41N525224 0,51N53374,75 W

1N962 11 0,41N525427 0,51N53385,15 W

1N963 12 0,41N525630 0,51N53395,65 W

1N964 13 0,41N525733 0,51N53406,05 W

1N965 15 0,41N525836 0,51N53416,25 W

1N966 16 0,41N525939 0,51N53426,85 W

1N967 18 0,41N526043 0,51N53437,55 W

1N968 20 0,41N526147 0,51N53448,25 W

1N969 22 0,41N526251 0,51N53458,75 W

1N970 24 0,41N526356 0,51N53469,15 W

1N971 27 0,41N526562 0,51N534710 5 W

1N972 30 0,41N526668 0,51N534811 5 W

1N973 33 0,41N526775 0,51N534912 5 W

1N974 36 0,41N526882 0,51N535013 5 W

1N975 39 0,41N527091 0,51N535114 5 W

1N976 43 0,41N52711000,51N535215 5 W

1N977 47 0,41N47283,31 W1N535316 5 W

1N978 51 0,41N47293,61 W1N535417 5 W

1N979 56 0,41N47303,91 W1N535518 5 W

1N980 62 0,41N47314,31 W1N535619 5 W

1N981 68 0,41N47324,71 W1N535720 5 W

1N982 75 0,41N47335,11 W1N535822 5 W

1N983 82 0,41N47345,61 W1N535924 5 W

1N984 91 0,41N47356,21 W1N536127 5 W

Regulao por transistor:H dois tipos de regulador de tenso com transistor: o regulador de tenso tipo srie e o regulador de tenso tipo paralelo. Cada tipo de circuito pode fornecer uma tenso CC de sada regulada ou estabelecida em um determinado valor, mesmo que haja uma variao de tenso na entrada ou uma alterao do valor da carga conectada.Regulao de tenso srie:Um circuito regulador simples do tipo srie aparece abaixo. O transistor Q1 o elemento de controle em srie e o diodo Zener D2 fornece a tenso de referncia. A operao de regulao pode ser descrita como segue: Se a tenso de sada diminuir, a tenso base-emissor aumenta, fazendo o transistor conduzir mais, e, dessa forma, aumentar a tenso de sada, mantendo a sada constante. Se a tenso de sada aumentar, a tenso base-emissor diminui, fazendo o transistor conduzir menos, reduzindo, assim, a tenso na sada, mantendo a sada constante.

Regulao de tenso em paralelo

Um circuito regulador do tipo paralelo simples mostrado abaixo. O resistor Rs reduz a tenso no regulada por um valor que depende da corrente fornecida carga RL. A tenso atravs da carga determinada pelo diodo zener e pela tenso base-emissor do transistor. Se a resistncia da carga diminuir, menos corrente entra na base de Q1, o que resulta em menos corrente desviada pelo coletor. Portanto, a corrente de carga aumenta, mantendo a tenso regulada atravs da carga. A tenso de sada para a carga :

Regulao por CI (Circuito Integrado):

Regulador LM317

LM317 um regulador ajustvel de tenso. Associando resistores adequados no circuito, podemos ter tenso desejada entre 1,2 e 37V utilizando apenas 1 componente. Esta a grande vantagem de sua utilizao. Entretanto, este componente no o ideal para baixas tenses (ex: 5V), pois a sua tenso mnima de entrada de 28V. Outra vantagem que este dispositivo possui internamente proteo contra curto circuito e contra superaquecimento. A tenso de entrada deve ser no mnimo 28V, ou 3V maior que a tenso de sada e no mximo 40V a mais que a tenso de sada. A corrente mnima para funcionamento de 10mA e a corrente mxima de 1,5A. Para casos em que h necessidade de utilizao de correntes maiores, podem ser selecionados outros CIs, como o LM150 (3A) ou LM138 (5A).Regulador 78XX

78XX uma famlia de reguladores de tenso de trs terminais, com valores discretos constantes de tenso de sada, representados pelo 2 ltimos nmeros do nome do componente. Este componente bem simples de ser utilizado, porm seus valores discretos de tenso de sada limitam sua utilizao.

PROTEOComo estamos pensando em utilizar esta fonte retificada em bancada de teste decidimos adicionar um circuito de proteo.Este circuito atuar desligando nosso circuito retificador nas seguintes situaes: Carga necessita mais corrente do que nossa fonte pode oferecer. Curto circuito na sada de nossa fonte, por um erro de uso.Sendo assim este circuito ir evitar danos a nossa fonte.

Abaixo segue circuito de proteo que decidimos utilizar:

O circuito ser instalado antes da regulagem, notar que a corrente de sada para carga ser monitorada pelo nosso resistor (identificado como resistor sensor no diagrama ) como ele esta posicionado entre os terminais catodogate do scr caso atinja 1V de queda de tenso ir disparar o SCR colocando ele em conduo, com isto o relay atraca e desliga nosso circuito. Com isto ser acionado o LED que indicar para o usurio que a fonte foi desativada devido circuito de proteo. Sendo assim poderemos projetar a corrente corte conforme nosso valor de resistor-sensor, atravs de lei de ohm.Exemplo:Calculando resistor-sensor:Se estipularmos que nossa fonte pode gerar 2A temos o seguinte:

CONCLUSOCom relao ao trabalho proposto podemos relatar que foi benfico pesquisar assuntos pertinentes a matria de eletrnica bsica deste semestre.Cito o que pudemos verificar com pesquisa realizada em comparao da matria exposta em aula:Retificao (atravs dos diodos retificadores), matria exposta em aula.Regulao (atravs do diodo zener), matria exposta em aula.Controle (matria de transistores), certa parte da matria exposta em aula, notar que no chegamos a estudar algumas configuraes que nos facilitariam entendimento de circuitos de regulagem/ controle , tambm no nos foi passado grfico de ponto de funcionamento de transistores. Notar que matria de transitor ficou restrita a polarizao e calculo de correntes.Filtro (no contemplou contedo deste semestre nenhum clculo de dimensionamento de capacitor).Volto a citar matria em aula devido contedo na disciplina on line, onde chegaramos a ter iniciao a fonte retificada.Como dificuldade podemos citar necessidade de pesquisa a material externo para entendimento pleno do circuito geral da fonte retificada, e um entendimento suficiente para analisar uma fonte com tenso varivel na sada. Seria interessante montagem pratica em laboratrio de circuitos transistorizados para visualizao de teste de ponto quiescentes e assim melhor entendimento, sendo este componente o de mais complicado entendimento no desenvolvimento da pesquisa .

BIBLIOGRAFIASite: www.feiradeciencias.com.br dia 3/4/14.Site: http://peteletricaufjf.files.wordpress.com dia 7/4/14.Livro: Laboratrio de eletricidade e eletrnica - 23 edio - Ed. ricaLivro: Dispositivos eletrnicos e teoria de circuitos - 11 edio - Ed. PearsonLivro: Teoria e desenvolvimento de projetos de circuitos eletrnicos 23edio Ed. rica