Eletrônica Linear - Tópico 4

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Material de Consulta para o Aluno 
 
4º Tópico – Filtragem, Reguladores zener e com CI’s 
 
Filtragem 
 
A ondulação na saída do circuito retificador é muito grande o que torna a tensão de 
saída inadequada para alimentar a maioria dos circuitos eletrônicos. É necessário 
fazer uma filtragem na tensão de saída do retificador. A filtragem nivela a forma de 
onda na saída do retificador tornando-a próxima de uma tensão contínua pura que é 
a tensão da bateria e da pilha. A maneira mais simples de efetuar a filtragem é ligar 
um capacitor de alta capacitância em paralelo com a carga RL e normalmente, 
utiliza-se um capacitor eletrolítico. A função do capacitor é reduzir a ondulação na 
saída do retificador e quanto maior for o valor deste capacitor menor será a 
ondulação na saída da fonte. 
 
Filtro a capacitor para retificador de meia onda. (Figura 1) 
 
Figura 1 - Circuito retificador meia onda com filtro capacitivo e as formas de onda 
No semiciclo positivo o diodo conduz e carrega o capacitor com o valor de pico (VP) 
da tensão. Assim que a tensão de entrada cair a zero, o diodo pára de conduzir e o 
capacitor mantém-se carregado e descarrega lentamente em RL. Quando a tensão 
de entrada fica negativa (semiciclo negativo) o diodo não conduz e o capacitor 
continua descarregando lentamente em RL. O capacitor recarrega 60 vezes por 
segundo. O capacitor carrega de Vmin até VP e neste intervalo de tempo (t) o diodo 
conduz. O capacitor descarregará de VP até Vmin e neste intervalo o diodo não 
conduzirá. A Forma de onda na saída está mostrada na figura 2. 
 
Eletrônica Linear I 
 
Figura 2 - Forma de onda do filtro capacitivo no retificador de meia onda 
O voltímetro de tensão contínua indica o valor médio da tensão medida. 
Aumentando o capacitor, a tensão de ondulação (Vond) diminui e VCC aumenta. 
Aumentando a corrente IL, a tensão de ondulação (Vond) aumenta e VCC diminui. Se 
Vond tende a zero, a tensão de saída tende ao valor de pico. VCC=VP para Vond= 
0V. Desligando RL, IL será 0A, o capacitor não descarregará e tem-se Vond = 0V 
Para manter Vond com um valor baixo, ao aumentar IL, deve-se aumentar o valor do 
capacitor. O retificador de meia onda com filtro a capacitor é inadequado para 
alimentar circuitos que exigem um valor alto de corrente, pois além de utilizar um 
valor muito alto para o capacitor, o diodo fica sobrecarregado ao conduzir toda a 
corrente do circuito alimentado. (figura 3) 
 
 
Figura 3 - Representação gráfica da tensão de ondulação 
O pico inverso de tensão no diodo é o dobro da tensão de pico. PIV = -2VP. O 
capacitor aumenta a tensão inversa no diodo devido a que o mesmo permanece 
carregado quando o diodo não estiver conduzindo. (Figura 4) 
 
Figura 4 – Retificador de meio com filtro capacitivo 
Filtro a capacitor para retificador de onda completa (Figura 5) 
 
Figura 5 - Filtro capacitivo no retificador de onda completa 
Funcionamento 
A filtragem para o retificador de onda completa é mais eficiente do que para o 
retificador de meia onda. Em onda completa o capacitor será recarregado 120 vezes 
por segundo. O capacitor descarrega durante um tempo menor e com isto a sua 
tensão permanece próxima de VP até que seja novamente recarregado. Quando a 
carga RL solicita uma alta corrente é necessário que o retificador seja de onda 
completa. A forma de onda é mostrada na figura 6. 
 
Figura 6 - Filtro capacitivo retificador de onda completa 
As equações para onda completa são as mesmas utilizadas para meia onda, no 
entanto, a frequência de ondulação para onda completa é de 120 Hz. 
𝑉"" = 	𝑉% −	
𝑉'()
2 
 
𝑉'() = 	
𝐼,
𝑓	. 𝐶 
VCC é o valor médio da tensão contínua na saída. 
VP é o valor de pico da tensão no capacitor (desconsiderou-se a queda de tensão 
nos diodos). 
Vef é o valor eficaz ou rms da tensão alternada na saída do transformador (VAB) 
Vond é a tensão de ondulação ou de ripple na saída e quanto menor for Vond mais 
próxima de uma tensão contínua pura será a tensão de saída. 
IL é a corrente em RL 
f é a frequência de ondulação na saída e é igual a 120 Hz para onda completa. 
C é o valor do capacitor em FARADS 
Se Vond tende a zero, a tensão de saída tende ao valor de pico. VCC = VP para Vond 
= 0V . Sem RL, a corrente IL será 0A, o capacitor não descarregará e tem-se Vond = 
0V. (Figura 7) 
 
Figura 7 - Formas de onda para filtragem em meia onda e em onda completa. 
 
Em onda completa a filtragem é mais eficiente do que para meia onda e isto por que, 
no retificador de onda completa com filtro, a tensão de ondulação é menor. O filtro a 
capacitor, em onda completa, torna a tensão de saída mais próxima de uma tensão 
contínua pura. (Figura 8) 
 
 
Figura 8 - Filtro a capacitor para retificador de onda completa 
Considerações 
Para os circuitos retificadores com filtro a capacitor estudados desconsiderou-se a 
queda de tensão nos diodos que é de aproximadamente 0,7V para diodos de Silício. 
No retificador de meia onda e de onda completa convencional, o pico de tensão no 
capacitor é o pico de tensão de entrada menos 0,7V. Conseqüentemente o valor de 
VCC será 0,7V abaixo do valor calculado. No retificador em ponte diminui-se 1,4V 
visto que dois diodos conduzem ao mesmo tempo sendo Vp a tensão de pico no 
capacitor de filtro. O valor de VCC será 1,4V abaixo do valor calculado. 
Exercício de fixação 
Em um retificador de onda completa em ponte temos uma frequência de 120Hz 
IL = 500 mA, VCC = 12V e Vond = 2V. Determine o valor do capacitor de filtro que 
deve ser utilizado. 
 
𝑉'() = 	
01
(3	.4)
		 
 
Substituindo os valores na fórmula, teremos: 
2 = 	 6,8
(9:6	.4)
		 
 
Multiplicando cruzado, temos: 
 
240	. 𝐶 = 	0,5		 
𝐶 = 	 6,8
:>6
= 0,000283 = 2083µ𝐹	 
 
Valor comercial de 2200µF. 
 
 
 
Diodo zener 
 
É um tipo feito essencialmente de silício. É formado por uma junção PN. Possui os 
mesmos terminais do diodo retificador: anodo(+) e catodo(-). Quando polarizado 
diretamente comporta-se como um diodo retificador e inversamente opera como 
regulador de tensão. Pode também ser utilizado com um diodo de referência de 
tensão. A sua capacidade de regular a tensão, é usada nas fontes de alimentação, 
com propósito de obter-se uma tensão de saída fixa e sem ripple. A região de 
operação em que o diodo mantém a tensão sobre a carga constante é conhecida 
como região de avalanche ou ruptura. A simbologia do diodo zener está 
representada na figura 9. 
 
 
 
Figura 9 - simbologia do diodo zener 
O diodo zener tem seu comportamento descrito pela curva da figura 10, que é 
conhecida como curva característica. 
 
 
Figura 10 - Curva característica do diodo zener 
O fabricante determina no datasheet do componente a tensão zener, as correntes 
zener mínima e máxima. Essas correntes determinam o limite da região de operação 
do dispositivo como regulador. 
 
Regulador Zener 
 
No esquema da figura 11 o diodo Zener está polarizado inversamente, o catodo 
ligado ao terminal positivo da fonte e o anodo ao terminal negativo, R1 é um 
resistência para limitar a corrente, e a resistência em paralelo com o zener simula 
uma carga. Quando se utiliza um diodo Zener num circuito tem de se observar que a 
tensão da fonte (V1) tem de ser maior que a tensão Zener (Vz), a corrente no diodo 
(Iz) tem de ser menor que a máxima permitida (Iz max), esta informação pode ser 
encontrada nas folhas do fabricante (datasheet). 
 
 
 
Figura 11 - Regulador zener 
Analisando o circuito é possível observar que a carga encontra-se em paralelo com 
o zener, para manter a tensão da carga estabilizada. Logo na equação I, temos: 
 
𝑉"CDEC = 𝑉F (equação I) 
 
Como a carga está em paralelo, a corrente divide-se em dois ramos, uma parte da 
corrente passa pelo zener, enquanto a outra vai para carga. Observe que a tensão 
na carga é constante, sua resistência também, logo a corrente na carga, também 
será constante. A corrente vai variar no zener dentro dos limites especificados. 
 
Cálculos dos valores da tensão mínimae máxima que a fonte pode variar sem 
que a carga sofra variação 
 
Pela lei de Kirchoff podemos escrever a equação II 
 
𝑉GHI = 	𝑅9. 𝐼 +	𝑉F (equação II) 
 
A corrente dividida nos ramos é expressa na equação III 
 
𝐼 = 	 𝐼F +	𝐼, (equação III) 
 
Se substituirmos a equação III na equação II, teremos: 
 
𝑉GHI = 	𝑅9. (𝐼F +	𝐼,) +	𝑉F (equação IV) 
 
Como 𝐼F varia dentro de uma faixa (valores mínimo e máximo de zener), obtemos 
como resultado as equações V e VI representada abaixo: 
 
𝑉GHI(𝑚í𝑛) = 	𝑅9. (𝐼FOP( +	𝐼,) +	𝑉F (equação V) 
 
𝑉GHI(OáR) = 	𝑅9. (𝐼FOáR +	𝐼,) +	𝑉F (equação VI) 
 
 
Exercício de fixação 
1) Calcule as tensões mínima e máxima que a fonte pode variar para que um 
regulador zener de 12 V mantenha a carga estabilizada. O diodo zener 
possui as seguintes características: IZmín=4 mA ,IZmáx=40 mA e 
PZmáx = 480 mW. A resistência de carga é 1,2 KΩ e o resistor limitador de 
corrente 1KΩ. 
 
Resolução: 
Primeiramente vamos anotar todos os dados 
𝑅9 = 1KΩ 
𝑅, = 1,2KΩ 
𝐼FOP( = 4𝑚𝐴 
𝐼FOáR = 40𝑚𝐴 
𝑉F = 12	𝑉 
 
Agora pela lei do Ohm, vamos calcular 𝐼, 
𝐼, =
W1X	WY
Z1
 
 
 
𝐼, =
9:
9:66
= 0,010	𝐴 = 10𝑚𝐴 
 
 Para o cálculos das tensões mínima e máxima utilizaremos as equações V e VI 
vistas acima: 
𝑉GHI(𝑚í𝑛) = 	𝑅9. (𝐼FOP( +	𝐼,) +	𝑉F 
 
𝑉GHI(𝑚í𝑛) = 	1𝐾. (4𝑚 + 	10𝑚) + 	12 
 
𝑉GHI(𝑚í𝑛) = 	1𝐾. 14𝑚 + 	12 
 
𝑉GHI(𝑚í𝑛) = 	26	𝑉 
 
𝑉GHI(𝑚á𝑥) = 	𝑅9. (𝐼FOP( +	𝐼,) +	𝑉F 
 
𝑉GHI(𝑚á𝑥) = 	1𝐾. (40𝑚 + 	10𝑚) + 	12 
 
𝑉GHI(𝑚á𝑥) = 62𝑉 
 
Regulador de tensão da série 78XX e 79XX 
Como já foi visto para uma tensão de ondulação muito pequena como a que é 
exigido pelos circuitos pré-amplificadores de áudio, transmissores de RF, circuitos 
digitais etc, deve-se utilizar um regulador de tensão na saída do retificador com filtro. 
Além do diodo zener, temos circuitos integrados reguladores de tensão largamente 
utilizados nos circuitos eletrônicos. Abaixo na figura 12, tem-se o diagrama em 
blocos de uma fonte de alimentação com tensão de saída regulada. 
 
Figura 12 - Blocos de uma fonte de tensão regulada 
 
Família 78XX 
Exemplos: 
a) 7805 – Regulador de tensão positivo de +5V 
 
Figura 13 - Fonte de alimentação estabilizada em 5 V 
 
b) 7809 – Regulador de tensão positivo de +9V 
c) 7812 - Regulador de tensão positivo de +12V 
 
Para uma tensão de +12V na saída, troque o LM7805 pelo LM7812 e utilize o 
retificador em ponte como mostrado abaixo. 
 
Figura 14 - Fonte estabilizada em 12 V 
As características dos reguladores de tensão 78XX são: 
- Máxima tensão de entrada = 35 V 
- Máxima corrente de saída = 1 A 
- Tensão mínima de entrada de aproximadamente 3V acima da tensão de 
saída. 
 
A família 79XX estabiliza a tensão com valor negativo. Como exemplo, o 
CI7905 estabiliza em –9V. 
 
 Ainda é possível termos uma fonte simétrica (tensão positiva e negativa) 
estabilizada como a representada na figura 15. 
 
Figura 15 - Fonte simétrica estabilizada 
 
Pinagem do CI78XX 
Pino 1 – Entrada 
Pino 2 – GND 
Pino 3 - Saída 
 
 
Pinagem do CI79XX 
Pino 1 – GND 
Pino 2 – Entrada 
Pino 3 - Saída 
 
É possível ter também uma fonte regulada e ajustável de 1,25V a 16,5V com o 
LM317. O circuito integrado regulador de tensão LM317 permite ajustar a tensão de 
saída de 1,25V a 16,5V. (figura 16) 
 
 
Figura 16 - Regulador com o LM317