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.