Diodos e Reguladores de Tensão

Prévia do material em texto

Conteudista: Prof. Esp. Alexandre Leite Nunes
Revisão Textual: Esp. Laryssa Fazolo Couto
DESAF IO
ATIVIDADE
Material Teórico
Material Complementar
Situação-Problema 1
Situação-Problema 2
Situação-Problema 3
Problema em Foco
Atividade de Entrega
Projeto Integrador de Competências em Engenharia
Elétrica VII
R EF ER ÊN CIAS
Referências
Olá, estudante!
Vamos iniciar a disciplina abordando os conceitos necessários
para que você possa realizar a atividade através das situações-
problema mais à frente.
Diodo Semicondutor
O diodo semicondutor é formado juntando-se simplesmente o material Tipo n e o material Tipo p em
uma mesma base Ge ou Si.
1 / 8
Material Teórico
 Atenção, estudante! Aqui, reforçamos o acesso ao conteúdo online
para que você assista à videoaula. Será muito importante para o
entendimento do conteúdo.
Figura 1 – Diodo semicondutor 
Fonte: Adaptada de Wikimedia Commons
Diodo Zener
Diodos Zener ou diodos reguladores são nomeados após o físico americano Clarence Melvin Zener.
O mecanismo de ruptura de um isolante elétrico é explicado pela primeira vez como um diodo e, ao
contrário da maioria das aplicações de diodo que operam na região de condução, os diodos Zener
são sempre polarizados reversamente.
Figura 2 – Curva característica do Zener 
Fonte: Adaptada de Wikimedia Commons
Figura 3 – Símbolo e encapsulamento do diodo Zener 
Fonte: Adaptada de Wikimedia Commons
Diodo Emissor de Luz (LED)
O LED é um diodo semicondutor (junção P-N) que emite luz visível quando energizado, daí o nome
LED (Light Emitting Diode). A luz não é monocromática (como em um laser), mas consiste em bandas
espectrais relativamente estreitas, produzidas pelas interações energéticas dos elétrons. O processo
de emissão de luz pela aplicação de uma fonte de energia é chamado de eletroluminescência.
Quando uma junção PN é polarizada diretamente, a recombinação de buracos e elétrons ocorre
dentro da estrutura muito próxima à junção, exigindo que a energia dissipada dos elétrons seja
liberada como calor ou fótons.
Nos outros componentes fabricados com silício e germânio, como os diodos e transistores, entre
outros, a maior parte da energia é liberada na forma de calor e os componentes que trabalham com
maior corrente chegam a precisar de irradiadores de calor (dissipadores) para ajudar na dissipação
desse calor, sendo insignificante a luz emitida que, via de regra, é imperceptível devido à opacidade
do encapsulamento.
Figura 4 – Diodo LED 
Fonte: Adaptada de Wikimedia Commons
Modos de Polarização do Diodo Semicondutor
Polarização Direta
A condição de polarização do diodo retificador na configuração Direta, ou “Ligada”, é atendida
quando se aplica o potencial positivo ao terminal (Anodo) p e o potencial negativo ao material Tipo n
(catodo), Figura 2, neste momento, o diodo se comporta como uma chave fechada.
Figura 5 – Diodo polarizado diretamente
Polarização Reversa
A polarização Reversa, ou “Desligada”, caracteriza-se pela aplicação do potencial positivo ao material
Tipo n (catodo) e o potencial negativo ao material Tipo p (anodo), Figura 3, neste momento, o diodo
se comporta como uma chave aberta.
Figura 6 – Diodo polarizado inversamente
Reguladores de Tensão
Discretos e Monolíticos.
Figura 7 – Regulador discreto
Para cada tipo de dispositivo ou sistema eletrônico existe um regulador de tensão diferente,
conectado a uma fonte de tensão, no mesmo circuito ou não, durante seu estágio de saída, esses
reguladores podem estar localizados em diferentes pontos do circuito do dispositivo, dependendo
da necessidade em cada ponto para o valor da tensão. A regulação é entendida como a capacidade
de um circuito regulador de potência manter a tensão de saída da fonte de alimentação o mais
constante possível, independente de possíveis alterações na saída, que podem ser:
Variação de carga: se lembrarmos a Lei de Ohm, podemos entender facilmente esta
característica, pois se uma fonte de tensão é projetada, por exemplo, para uma tensão
de saída (VS) de 12VDC/2A, podemos imaginar diretamente a carga conectada a essa
fonte (RL). A corrente máxima que pode ser dissipada (IS) é 2A. Quando este valor for
Figura 8 – Reta de carga
ultrapassado ou mesmo próximo a este valor de corrente (lembramos que uma fonte
de alimentação real tem perdas internas e também consome parte da corrente), a
tensão de saída (12VDC) cairá, conforme mostrado na Figura 5;
O regulador de tensão tem como função manter a tensão de saída estabilizada, mesmo
com o consumo de corrente próximo do limite ou até mesmo desligando a saída da
fonte se o consumo de corrente ultrapassar o limite;
Figura 9 – Fonte básica com regulador Monolítico
Variação de tensão de entrada AC: as foZntes de tensão contínua são alimentadas
diretamente na rede de energia AC. Essa energia fornecida pode variar em +-10% do
valor padrão estabelecido, principalmente nos horários de pico. A tensão na saída de
uma fonte DC entra por um transformador em AC (veja Figura 6) e passa por um
processo de rebaixamento, em seguida é retificada pela retificadora, filtrada pelo
capacitor de filtro e por último regulada por um regulador. Podemos então deduzir que
se a tensão na entrada do transformador variar, a tensão de saída antes do regulador
também vai variar;
Variação da temperatura: a temperatura tem interferência direta no funcionamento dos
equipamentos eletrônicos e, claro, nas fontes de alimentação. Os diodos retificadores e
os capacitores sofrem alterações significantes em seus funcionamentos, refletindo
diretamente na tensão de saída da fonte de alimentação em corrente contínua.
Reguladores de Tensão Discretos
Os reguladores de tensão discretos são dispositivos eletrônicos com a função de regular a tensão de
saída de uma fonte de alimentação ou similar, utilizando para isso componentes discretos. Os
reguladores estão divididos em reguladores série e paralelo.
Regulador Paralelo
O regulador paralelo é utilizado em circuitos onde a corrente de alimentação da carga ultrapassa 1W.
O circuito desse tipo de regulador é composto por um resistor do Zener (RS) e um diodo Zener ( DZ)
responsável pela regulação da tensão de saída (VO). Esse circuito é normalmente acoplado à saída
de uma fonte sem estabilização (VI), como pode ser visto no circuito da Figura 7:
Figura 10 – Circuito regulador paralelo
Regulador Série
Estes reguladores são compostos por diodo Zener e transistores, sendo a ideia principal desta
configuração de regulador discreto, trabalhar com valores de potência entre 1 e 50W.
Podemos observar, a seguir, o circuito básico do regulador série:
Figura 11 – Regulador paralelo
Reguladores de Tensão Monolíticos
Família 78XX e 79XX
Com a necessidade de reduzir o tamanho dos circuitos e dispositivos, foi introduzida a tecnologia de
circuitos integrados, na qual vários componentes discretos são integrados em um único CI (circuito
integrado), podendo estar nas fontes de alimentação presentes em quase todos os dispositivos
eletrônicos nos diversos aparelhos do mercado. 
Para atender a necessidade de fontes de alimentação, foi criado o regulador de tensão monolítico ou
formato IC. Esses novos componentes têm as seguintes vantagens:
São compactos, pequenos e de baixo custo;
Usam dissipador de pequenas dimensões;
Figura 12 – Esquema eletrônico dos reguladores da série 78XX
São simples de projetar e usar;
Possuem incorporadas algumas proteções como corrente e temperatura;
São ideais para regulação local fixa ou ajustável.
Os reguladores integrados devem ser ligados aos circuitos de fonte como segue abaixo:
Figura 13 – Configurações possíveis do regulador
Figura 14 – Dois reguladores em aplicação prática 
Fonte: Wikimedia Commons
Reguladores Ajustáveis
Existem situações em que os valores comerciais de reguladores não cobrem todas as faixas de
tensão. Para atender as demandas especiais podemos optar por um regulador variável, que através
da variação de um potenciômetro permite o ajusteda tensão de saída entre 1,5 e 24V. Na Figura 9,
temos o esquema de ligação de um regulador de tensão ajustável. Esse regulador pode ser também
bastante útil quando se deseja montar uma fonte variável para uso em bancada.
Para casos em que a corrente de saída necessite de um maior valor, será necessário acrescentar um
transistor ao circuito. Este novo circuito formado pelo transistor e regulador pode ter duas
configurações:
Figura 15 – Regulador com saída de corrente elevada
Sem proteção sobre corrente IO = IT + IREG;
Com proteção sobre corrente;
Figura 16 – Regulador com saída de corrente protegida
Figura 17 – Regulador variável LM317 
Figura 18 – LM317 
Fonte: Adaptada de Wikimedia Commons
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta disciplina:
 SITE 
TinkerCad 
Neste site/simulador você poderá simular circuitos eletrônicos com alto nível de confiabilidade. 
https://bit.ly/3N3Kvnd
 VÍDEOS 
Campo Magnético – Fio Retilíneo e Longo – Eletromagnetismo 
No vídeo a seguir você encontrará explicações sobre o comportamento do campo magnético em
um fio.
Clique no botão para conferir o vídeo indicado.
ASSISTA
2 / 8
Material Complementar
https://bit.ly/3N3Kvnd
https://youtu.be/n0Vm4pUCFQA
Simulador de Instalações Elétricas Residenciais  
No vídeo a seguir você encontrará uma simulação de instalações elétricas.
Clique no botão para conferir o vídeo indicado.
ASSISTA
 LEITURA 
Manual Prysmian de Instalações Elétricas  
No manual a seguir você terá uma gama de informações importantíssimas sobre instalações elétricas
prediais. 
https://bit.ly/3m0GLXu
Carga e Descarga de Capacitor  
Na leitura a seguir você encontrara explicações sobre o comportamento da corrente ao longo do
tempo durante o processo de carga e descarga de um capacitor. 
https://bit.ly/3wYfhHc
https://youtu.be/tfwQVF8ERCc
https://bit.ly/3m0GLXu
https://bit.ly/3wYfhHc
Caro(a), estudante.
Agora, vamos compreender o cenário que será abordado na
primeira situação-problema da disciplina.
Atente-se à situação profissional que você precisará entender
para poder realizar a atividade.
Fontes de Tensão 
Você foi contratado por uma empresa para que resolva um problema que está ocorrendo em um
equipamento eletrônico. O equipamento em questão é uma fonte de tensão contínua com várias
saídas de tensão. O cliente observou que, ao ligar um amplificador à saída de 12V, um “ronco”
constante é notado no áudio. Identifique qual provável componente está com defeito, fazendo uso
do esquema elétrico do circuito, lembrando que aparentemente existe uma falha no sistema de
filtragem.
3 / 8
Situação-Problema 1
Figura 19 – Esquema elétrico da fonte
Vamos compreender o cenário que será abordado na segunda
situação-problema da disciplina.
Atente-se à situação profissional que você precisará entender
para poder realizar a atividade.
Você foi contratado por uma empresa para que resolva um problema que está ocorrendo em um
equipamento eletrônico. O cliente reclama que a fonte de tensão que ele adquiriu não consegue
regular a tensão de saída que deveria estar entre 1,5 e 24V. A partir da análise do esquema elétrico
em anexo, identifique o provável componente que apresenta defeito.
4 / 8
Situação-Problema 2
Figura 20 – Esquema elétrico da fonte
Por fim, vamos compreender o último cenário, abordado na
terceira situação-problema da disciplina.
Atente-se à situação profissional que você precisará entender
para poder realizar a atividade.
Um dado cliente informou ao serviço técnico de que você faz parte que a fonte de alimentação de
uma máquina está com problemas. Ao verificar o equipamento, você observou que a tensão de saída
em todos os conectores estava menor que o previsto. Ao realizar medição com o osciloscópio,
observou que a saída da ponte retificadora formada por D1, D2, D3 e D4 estava apresentando uma
forma de onda com retificação de meia onda. Sabendo que a ponte retificadora fornece uma
retificação em onda completa, identifique quais componentes podem ser os causadores deste
defeito. 
5 / 8
Situação-Problema 3
Figura 21 – Esquema elétrico da fonte
Neste projeto, você deverá realizar a análise de defeitos em uma fonte de tensão contínua com
múltiplas saídas, através de uma indicação feita por uma demanda do mercado real. Leia
atentamente as situações e proponha uma solução apoiado(a) na teoria abordada anteriormente.
Conforme poderá perceber, as situações propostas estão apoiadas na mesma demanda, porém com
aumento progressivo da complexidade de solução.
6 / 8
Problema em Foco
Muito bem, estudante.
Agora que você já leu todas as situações-problema, você pode
fazer o download deste arquivo para realizar a atividade de
entrega.
Caso prefira, o arquivo também se encontra no Ambiente Virtual
de Aprendizagem.
7 / 8
Atividade de Entrega
https://bb.cruzeirodosulvirtual.com.br/bbcswebdav/xid-135991800_1
CAPUANO, F. G.; MARINO, M. A. M. Laboratório de eletricidade e eletrônica: teoria e prática. 24. ed. Sao
Paulo: Erica, 2007.
DUARTE, M. A. Eletrônica analógica básica. Coord. Nival Nunes de Almeida. Rio de Janeiro: LTC, 2017.
8 / 8
Referências
 Muito bem, estudante! Você concluiu o material de estudos! Agora,
volte ao Ambiente Virtual de Aprendizagem para realizar a Atividade.