Universidade Federal do Rio de Janeiro

Departamento de Engenharia Elétrica

Laboratório de Eletrônica I

Professor Marcos Vinicius

Relatório II

Fabio Lopez

Laert Ferreira

Thamara Calçado

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Sumário

1 – Introdução .......................................................................................................................... 3

2 – Revisão Teórica ................................................................................................................... 3

3 – Descrição do Experimento ................................................................................................... 8

3.1. Regulador com diodo zener BZX79C3V3 ....................................................................... 8

3.2 Regulador com diodo zener BZX79C6V2 ......................................................................... 9

3.3 Regulador integrado LM7805.......................................................................................10

4 – Resultados......................................................................................................................... 11

5 – Conclusão ........................................................................................................................ 122

Referências Bibliográficas ..................................................................................................... 122

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1 – Introdução

Os experimentos propostos têm como objetivo estudar e implementar as configurações mais usuais de fontes reguladas por diodo zener. Este relatório está estruturado da seguinte forma: Na seção 2 apresentaremos uma breve revisão teórica dos tópicos necessários para o entendimento do experimento. Na seção 3 apresentaremos a descrição dos experimentos, na seção 4 os dados obtidos nos experimentos e na seção 5, a conclusão.

2 – Revisão Teórica

Nesta etapa, realizamos o que foi solicitado no preparatório da experiência, que era projetar os dois circuitos abaixo e em seguida simular estes circuitos variando RL de modo a cobrir toda a faixa de corrente de carga IL. Sabendo que 𝑅 𝑍 é a resistência interna dada pelo Datasheet e com valor igual a 95Ω, 𝑉𝑍 a tensão de 3.3V aplicada na carga 𝑅𝐿, 𝐼𝐿𝑚𝑎𝑥a máxima corrente no resistor 𝑅𝐿 com valor igual a 60mA e 𝐼𝑍𝑚𝑖𝑛a corrente mínima no diodo zener dada pelo Datasheet e com valor igual a 5mA podemos calcular a resistência máxima de 𝑅𝑆:

Rs = 𝑉𝑠𝑚𝑖𝑛−𝑉𝑧

ILmax+Izmin =

5.4−3.3

0.06+0.005 = 32.3Ω

Sendo assim, montamos o circuito abaixo à ser simulado com o auxílio do programa

PSIM:

Figura 2.1.1

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Variando os valores de RL observou-se que o valor de 55Ω faz com que a corrente IL seja de 60mA e uma resistência de 43KΩ faz com que a corrente seja quase nula.

Ao simular, encontramos a seguinte forma de onda para a resistência de 55Ω:

Figura 2.1.2

Figura 2.1.3

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Já para a resistência de 43KΩ, encontramos as seguintes características:

Figura2.2.1

E encontramos a seguinte forma de onda:

Figura 2.2.2

- Regulador à transistor

O circuito a ser analisado será o seguinte:

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Figura 2.3.1

Sabendo que Pz é a potência nominal do diodo zener dada pelo fabricante e de valor

igual a 0.5W, 𝑉𝑍 é a tensão no diodo zener obtida no datasheet e de valor igual a 6.2V,

𝐼𝑍𝑚𝑖𝑛 a corrente mínima que passa pelo zener, dado pelo fabricante e de valor 0.005A

e que o parâmetro 𝛽 do transistor TIP29 possui valores entre 15 e 75, teremos que:

𝐼𝑧𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝑧

Vz =

0.5

6.2 = 0.0806 A

Rs1 = 𝑉𝑖𝑚𝑎𝑥−𝑉𝑧

Izmax =

8.8−6.2

0.0806 = 32.26 Ω

Icmax = 𝐼𝐿𝑚𝑎𝑥/(1+1/𝛽𝑚𝑖𝑛) = 0.31+115 = 0.281 A IBmax = 𝐼𝑐𝑚𝑎𝑥/𝛽𝑚𝑖𝑛 = 0.281/15 = 0.0187 A

Rs2 = 𝑉𝑖𝑚𝑖𝑛−𝑉𝑧/ 𝐼𝑧𝑚𝑖𝑛+𝐼𝐵𝑚𝑎𝑥 = (7.2−6.2) /(0.0187+0.005) = 42.19 Ω

Como nossa resistência deverá estar entre os valores calculados de 32.26 Ω e 42.19Ω, escolheremos o valor comercial de 36 Ω. Desta forma teremos o circuito abaixo:

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Figura 2.3.1

Variando os valores de 𝑅𝐿 observou-se que o valor de 18Ω faz com que a corrente 𝐼𝐿 seja de praticamente 0.3A e uma resistência de 10K faz com que a corrente seja quase nula. Nas figuras abaixo observamos a simulação para uma resistência de 18Ω:

Figura 2.3.2

Figura 2.3.3

Nas figuras abaixo observamos a simulação para uma resistência de 10K:

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Figura 2.4.1

Na figura seguinte observamos que o valor da corrente IL se torna praticamente nulo:

Figura 2.4.2

3 – Descrição do Experimento

Nesta parte, realizaremos as experiências 1,2 e 3 de acordo com os valores encontrados na etapa anterior. Serão três montagens a ser realizadas, um regulador apenas com o diodo zener BZX79C3V3, diodo zener BZX79C6V2, e o regulador LM7805.

3.1 - Experimento 1 : Diodo zener BZX79C3V3:

O regulador possui as seguintes especificações:

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VL = 3,3 V (Zener: BZX79C3V3) Vi = 6 V ± 10% ILmin = 0 ILmax = 60 mA

Primeiramente, reunimos os componentes necessários, para a montagem do

circuito.

Figura 3.1

Utilizamos um resistor de 100Ω em série com um de 120Ω para obtermos o valor desejado de 226Ω, com a sua devida tolerância como encontramos no preparatório. Utilizamos também um transformador e um diodo, observando sua devida polaridade.

Em seguida montamos no protoboard o circuito, regulamos a tensão para o valor máximo de na fonte CC e com o auxílio do osciloscópio observamos as formas de onda e os valores de 𝑉𝐿 médio da entrada e no resistor para podermos calcular a regulação de carga e de linha de acordo com as equações 1 e 2 abaixo:

Regulação de linha = ∆𝑉𝐿

∆𝑉𝑒 (1)

Regulação de carga = ∆𝑉𝐿

∆𝐼𝐿 (2)

Em que VL é a tensão na carga, Ve é a tensão de entrada na fonte e IL é a corrente na carga.

Após isso, reajustamos a fonte para o valor mínimo de 5,4V, e novamente fazemos as medições como no passo anterior.

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3.2 – Experimento 2: Diodo zener BZX79C6V2:

O circuito a ser estudado está representado na figura abaixo, onde trocamos o modelo

do diodo e consequentemente suas especificações, e regulamos a tensão com um

transistor TIP29 e um diodo zener como podemos observar na figura 3.2:

VL = 5,5 V (Zener: BZX79C6V2) Vi = 8 V ± 10% ILmin = 0 ILmax = 0,3 A.

Figura 3.2

3.3 Experimento 3: Regulador integrado LM7805

Neste experiento verificamos a regulação de carga e regulação de tensão do circuito

através de um regulador de tensão integrado substituindo o regulador por transistor e

diodo zener do caso anterior e utilizando-se das mesmas características de tensão de

entrada e corrente IL. O circuito para este caso será de acordo com o apresentado na

figura 3.3 a seguir :

Figura 3.3

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4 – Resultados

4.1 Experimento 1

Primeiramente testamos a regulação de linha usando um resistor de 43KΩ como carga,

encontrando os resultados: para a entrada medida em 6.6V a tensão na saída foi de 3.6V

e para entrada medida em 5.4V a tensão na saída foi de 2.4V. Calculamos então o valor

da regulação de linha e encontramos 1, muito maior do que o esperado.

Em seguida, usando RL de 226Ω que fornece a maior corrente suportada pelo

circuito encontramos os valores de 3.9V e de 3.4V para as entradas de 6.6V e 5.4V,

respectivamente. Novamente a regulação se mostrou ineficaz com um fator de

regulação de 0.4.

Foi atribuído ao diodo zener a responsabilidade pelos desvios encontrados e para

testar essa hipótese estimamos sua resistência interna. Calculando as correntes do

diodo para as duas tensões de entrada (Vi – VL / RS) obtemos 0.02A e 0.007A. Dessa

forma, estimamos RZ em 38.4Ω (VL1 – VL2 / IZ1 – IZ2) , um valor muito maior do que o

necessário para não interferir significantemente nas tensões de saída.

4.2 – Experimento 2

No experimento 2, para uma tensão de entrada de 8.8V obtivemos uma tensão

VL de 5.80V e para a tensão de entrada de 7.2V obtivemos uma tensão VL de 5.77V.

Calculando a regulação de linha encontramos o valor de 0.019 ou 1.9%, que pode ser

considerado aceitável.

4.3 – Experimento 3

No experimento 3, tanto para a tensão de entrada de 8.8V quanto para a tensão

de entrada de 7.2V obtivemos uma saída de 5.00V no osciloscópio. Concluímos assim

que a regulação de linha é excelente e precisaríamos de uma medida com precisão

muito maior para calculá-la.

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5 – Conclusão

A realização desse experimento teve como objetivo a familiarização e implementação

das configurações mais usuais de fontes reguladas por diodo zener, bem como aprender

a utilizar os componentes e atentar às suas devidas especificações. Neste contexto

foram realizados 3 experimentos.

Podemos concluir que o objetivo destes experimentos foi alcançado. Aprendemos a utilizar as fontes reguladas, juntamente com o osciloscópio para observar os sinais gerados. As observações feitas ao longo da aula, para a verificação da regulação de carga e de linha, foram fundamentais para que conhecêssemos melhor os equipamentos a medida que também aprendemos a solucioná-los.

Referências Bibliográficas

A. S. Sedra e K. C. Smith, Microeletrônica, 5a Edição, Editora Pearson Prentice Hall, 2007.