UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ – UFPAINSTITUTO DE TECNOLOGIA – ITEC

FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA – FEEELETRONICA ANALÓGICA I

PROJETO DE FONTE RETIFICADORA COM SAIDA DE 10V

ÁBNER CÉSAR SANTOS BEZERRA – 07020005101

BELÉM – PA2009

I - Funcionamento da fonte de tensão regulada

A fonte utiliza um retificador de onda completa com quatro diodos. Dessa

forma, a tensão é retificada em todo o ciclo da senóide. O diodo D1 e D3

retificam a tensão no semi-ciclo positivo e os diodos D2 e D4 retificam a tensão

no semi-ciclo negativo. Ligado em série com cada diodo há um capacitor que

atua como filtro. No regime estacionário da fonte, o diodo conduz por um breve

intervalo de tempo próximo do pico da senóide de entrada e alimenta o

capacitor com carga igual à perdida durante o intervalo de descarga. Para que

o capacitor não se descarregue o suficiente para gerar uma variação

significativa da tensão é necessário dimensionar o circuito para que a

constante de tempo seja superior ao período da senóide. Ou seja, τ = RC >>

T. Após o filtro, a tensão é regulada por um diodo zener D5.

II - Parâmetros do Diodo Zener utilizado

Diodo: 2EZ10D5

Vz = 10V;

IzT = 50mA;

IzK = 0,25mA;

IzM = P/V= 2/10 =200mA;

rz = 3,5Ω

Pz = 2W;

2

III - Projeto da fonte de tensão regulada

1. Cálculo da capacidade máxima da fonte

Nesse tópico calcula-se o RLmínimo para que a corrente máxima sobre ele seja de 20mA, que será a tensão da fonte.

V L=10VI Lmáx=20mA

RLmin=V LImáx

=500Ω

2. Escolha do valor de ripple de tensão.

Vr=0,5V Vss=12√2−1,4=15,57V

3. Escolha do diodo zener e dimensionamento do resistor do

regulador shunt

Para regulação da tensão foi definido o uso do diodo zener 2EZ10D5 de

Vz = 10V e corrente de teste IzT = 50mA. Admitindo-se uma corrente de 70mA

(ainda dentro da região de operação do diodo). Dessa forma encontramos o valor de resistência mínimo do regulador shunt, que é calculado da seguinte

forma, (considerando V S constante):

R=(V ¿¿ ss−V Z )

I L+ I z=

(15,57−10 )V(20+50 )mA

=79,57Ω¿

Onde V SS é a tensão na saída da Ponte, V Z é a tensão no diodo zener, I z

é a corrente no diodo zener e I L é a corrente na carga.

3

IV - Análise do Projeto

Neste circuito o capacitor se carrega, pois os diodos D1 e D3 conduzem. A tensão estabelecida no capacitor será, considerando a queda no diodo EZ10D5 igual a 1.4V, o mesmo ocorre no semi-ciclo negativo, onde D2 e D4 conduzem:

V p=Vs (rms ) x √2−1,4Vss=15,57V

Vamos agora calcular o valor do capacitor. Como a tensão do primário pode variar ±10% e o valor da tensão de ripple no capacitor é:

V r=V p (max )−V p (min )

Calculando o valor do ripple e adotando a sua equação como a do retificador de onda completa, vamos ter:

V p (max )=12√2x 1.1−1,4 ;

V p (max )=17,27V

V p (min)=12√2 x0.9−1,4

V p (min)=13,87V

V r=V p (max )−V p (min)

V r=(16,97V +10 % )−(16,97−10 %) V r=(16,97Vx1,1 )−(16,97 x 0,9 )V

V r=17,27−13,87

V r=3,4V Tendo a tensão de ripple V r=3,4V , agora iremos implementar o capacitor para diminuir essa tensão para cerca de 0,5V.

Como queremos um V r=0,5V , então:

V r=V c−V z

fxCx RL , logo: C=

V c−V z

fx V r x RL

C= 15,57V−10120Hz x 0,5V x 500Ω

= 185μF

Multiplicando esse resultado pelo fator de segurança 2, obtemos C = 370μF. Sabendo que o capacitor comercial mais próximo disponível para a

situação é o de 470µF, classe de tensão 25V. Vamos utilizá-lo.

Como C=470μF, então

V r=15,57−10

120Hz x 47 0 μ F x500Ω≅ 0 ,2V

4

Vamos agora para o regulador shunt. O diodo zener que irá ser usado neste projeto será o 2Z10D5, que possui as seguintes características:

IZT = 50mA VZ = 10V rZ = 3,5Ω IZK = 0,25mA P = 2W

Com a equação característica do zener:

V z=V z0+( I ZT x rZ )

10=V z0+(0,05 x 3,5 )

V z0=9,825V

O valor do resistor é dado pela expressão:

R s=V p(min)−V Z 0−I Z (min )∗r Z

I Z(min)+ I L(max )

O valor mínimo de V s é dado pelo valor de pico, 16,97V, subtraída a variação de 10% menos ainda a queda de tensão em dois diodos.

Vamos adotar o I Z (min )=1mA, para termos uma margem de segurança no

funcionamento do zener.

R s=13,87−9 ,825−0,001 x3,5

0,001+0,020=192,45Ω

O resistor R s pode ser implementado através de associação série e

paralelo.

V - Cálculos de índices de qualidade

Regulação de linha:

V 0

I L=

rZR s+rZ

= 3,5Ω192,45Ω+3,5Ω

=17,86mV /V

Regulação da carga:

V 0

I L=−(r Z /¿ R s )=−( rZ x R sr Z+R s )=−( 3,5Ωx 192,45Ω

3,5Ω+192,45Ω )≅−3,44V /A

5

VI - Simulação do Circuito

Depois de simular o circuito e analisar os valores máximos e mínimos das tensões estabelecidas na carga e na entrada do regulador shunt, obtemos:

Ripple na carga:

¿

¿

Ripple no Shunt:

¿

¿

Com esses valores o valor real da regulação de linha é:

V 0

V S=V 0(max )−V 0 (min)

V s (max)−V S (min)

A proposição inicial era de projetar uma fonte regulada de 10V C.C. O resultado final mostrou que a tensão na saída variou entre ______ e _______, o que considero um resultado satisfatório já que foram utilizados apenas componentes que podem ser encontrados comercialmente.

O projeto foi bom, pois permitiu “praticar” o quê aprendemos na teoria. Possibilitou enxergarmos uma aplicação prática dos assuntos estudados na disciplina, que é algo fundamental para um curso de Engenharia Elétrica.

6