Eletrônica 1 UFPE - prof Manoel - AULA 07. Fontes de alimentação

Prévia do material em texto

1 
Fontes de Alimentação 
Introdução 
CIN-UFPE 
Manoel Eusebio de Lima 
Fontes de tensão 
  Fonte de Tensão 
  Baixa Impedância de Saída 
  Corrente varia, Tensão constante 
Fonte de Tensão 
  Regulada 
  Paralelo 
  Série 
Regulador de tensão tipo Paralelo 
Tensão de 
referência 
Circuito de 
amostragem 
Tensão não 
regulada Tensão 
regulada 
Elemento de 
controle 
Elemento 
comparador 
Sinal de realimentação 
RS 
VIN 
VOUT 
Regulação Paralelo Básica (01) 
RL 
  Características: 
  Tensão de saída: 
VSaidaMin = V+ * RL/(R1+RL) 
R1max= (V+-Vz)/ (Ilmax + Izmin) 
  Resistência série Vsaida 
VSaidaMax = VZ = tensão zener 
R1min ≥ (V+ – VZ)/Izmax 
Problema: 
Quando o circuito está sem carga 
toda a corrente da fonte não 
regulada segue apenas pelo 
Zener. Isto implica que o zener 
tem que dissipar uma alta potência 
Obs: Fonte para pequenas correntes. 
Regulação Paralelo Básica (02) 
  A tensão na carga é determinada pelo diodo zener e pela tensão de base-
emissor do transistor. 
  Funcionamento básico: 
  Se a resistência de carga diminui (aumenta carga), menos corrente entra em 
Q1 (menos corrente de coletor - tende ao corte) e mais corrente vai para a 
carga, mantendo a tensão constante. 
Vbe 
RL 
Rsmax= (V+-Vz-Vbe)/ (Ilmax + Izmin) 
Considere: Vbe = 0,7 V 
Ib 
VL 
IL 
  IL = VL/RL (corrente de carga) 
VSaidaMax = VZ + Vbe (sem carga) 
VSaidaMin = V+ * RL/(Rs+RL) (carga máx) 
IS 
  IS = (V+ - VL)/Rs (corrente da fonte) 
Ic 
  IC = IS - IL - IZ (corrente de coletor) 
VCE 
R2 
Tensão de referência 
VZ 
R2 ≤ Vbe/Izmin, ou seja, Q1 só deve 
começar a conduzir (para dissipar 
potência) a partir de uma corrente 
de Zener pré-estabelecida. 
Iz 
2 
  Requisitos da Fonte de tensão: 
  VSaida = 5,6V .. 6,0V 
  ICarga = 0 .. 100 mA 
  Regulação Paralela 
  Dispositivos: 
  Diodo zener BZX55C – 5V1 
  Transistor BC546 
1. Carga 
 VSaidaMax = VZ + Vbe = 5,1+0,7=5,8V 
 IL = 100 mA 
 RL = VL/IL= 5,8V/100mA = 58 Ω 
Regulação Paralelo Básica (Exemplo) 
Vbe 
RL 
Ic 
Ib VL 
IL 
IS 
VCE 
R2 
IZmin = 5mA 
Ib << IZ 
 3. Cálculo de R1 (mínimo) 
 Com IS = IL+IC 
 Logo 
 R1 = (V+-VL)/IS = (10-5.8)V/(ICmax +IZmax ) 
 = 4,2/110 mA= 42Ω 
 4. Cálculo de R2 
 R2 ≤ VBE/Izmin = 0,7/10mA =70 Ω 
2. Cálculo de R1 (máximo) 
 Com IS = IL+IC +IZ 
 Considerando que com carga máxima: 
 IZ ≅ 10mA (mínimo) e IC ≅ 0 mA, teremos: 
 IS = IL+IC +IZ (mínimo) ≅ 110 mA 
 Logo 
 R1 = (V+-VL)/IS = (10-5,8)V/110mA≅ 38 Ω 
O transistor Q1 é usado 
para ajudar na dissipação 
de potência do circuito, 
quando a carga é retirada. 
Iz 
Regulação Paralelo Básica – circuito alternativo 
  Com carga máxima, a idéia é não permitir a polarização da junção VBE, 
ou seja, R2.I1 <0,7. 
  Assim, R2 < 0,7V/5mA 
  Para a corrente maiores que 10mA próximo a 20mA, quando o 
zener precisa aumentar sua corrente para retificação da tensão 
de saída, o valor de R2.I1 torna-se maior que 0,7 V, permitindo 
condução no transistor e por conseguinte uma dissipação maior de 
potência no transistor aliviando o diodo zener. 
VCE = V+ 
IC= (V+/RS) 
Comportamento do circuito 
1. Levantar a curva de carga do transistor 
V+ = Is.Rs+Vce => V+ = (Il+Ic+IZ).Rs+Vce 
2. Lembrando que: 
  IC = Ib*β 
3. Comportamento de IC e VCE: 
 a. Cálculo IC : 
 IC + IZ = (V+ - VCE)/RS – IL => 
 IC + IZ = (V+ - VCE)/RS – IL 
 IC= [(V+ - VCE)/RS – IL] - IZ; 
 Corrente máxima (saturação) (IL=0 e VCE = 0); 
 IC= [(V+/RS)] - IZ 
b. Cálculo VCE: 
 VCE = V+ - [IC + IZ +IL] RS 
VCE máximo, com IC =0, Ib =0; IZ=0;IL=0; 
 VCE = V+ 
Regulador de tensão tipo Série 
Elemento de 
controle 
Circuito de 
amostragem 
Elemento 
comparador 
Tensão de 
referência 
Tensão não 
regulada 
Tensão 
regulada 
RL 
1.  Se a tensão de saída diminui, a tensão 
 base-emissor aumenta, fazendo com que 
 o transistor conduza mais, e dessa forma, 
 aumente a tensão de saída. 
2. Se a tensão de saída aumenta, a tensão 
 base-emissor diminui, e o transistor conduz 
 menos, reduzindo, assim, a tensão de saída, 
 mantendo a saída. 
Regulador de tensão tipo Série 
Curva de carga 
  Curva de carga do transistor 
V+ = IE.RL+Vce; mas IC ≈ IE => V+ = Ic.RL+Vce 
  Lembrando que: 
  IC = Ib*β 
Cálculo IC : 
 IC= (V+ - VCE)/RL 
Corrente de saturação (fazemos VCE = 0): 
 IC= (V+ - VCE)/RL => IC= V+/RL 
Cálculo VCE: 
 VCE= (V+ - ICRL) 
para IC =0, Ib =0: 
 VCE = V+ 
VCE = V+ 
IC= V+/RL 
3 
Regulação Série Básica (exemplo) 
Considere: Vbe = 0,7 V 
RL 
  Requisitos da Fonte de tensão: 
  VSaida ; ICarga 
  Regulação série 
  Dispositivos: 
  Diodo zener 
  Transistor 
Tensão de referência 
Elemento série de controle 
VBE VSaida = Vz - Vbe 
R1Max = (V+ - Vz) /(Izmin+ILmax/βmin) 
VZ 
IZmin 
IB =ILmax /β 
IC= (V+ - VCE)/RL 
VCE= (V+ - ICRL) 
Regulação Série Básica 
Considere: Vbe = 0,7 V 
β = 100 
RL = VL/IL = 44 Ω 
5,1V 
VL = (Vz-Vbe) = 4,4 V 
VBE 
IE = IC = IL=100mA (máx) 
VCE V+ = 10 V 
IB = IE / β 
IZ 
1. VL = (Vz-Vbe) =5,1-0,7 = 4,4 V 
2. VCE = V+- VL = 10 - 4,4 = 5,6 V 
3. IR = 6 mA 
Carga máxima: 
IL = 100 mA 
RL = VL/ IL = 44 Ohms 
IB = IE/β = 1 mA 
IZ = IR1- IB = (6 -1)mA 
 = 5 mA 
IR R1 = (10-5,1)/(6)mA 
R1 ≈ 820 
Regulação Série Básica (circuito alternativo) 
  Requisitos da fonte: 
 VSaida = tensão variável 
 ICarga = 0 .. 500 mA 
 Regulação Série 
  Dispositivos: 
  Diodo zener BZX55C – 5V1 
  Transistor BC546 
RL R4 
Rz 
RL 
Regulação Série Básica 
Considere: 
Vbe = 0,7 V 
Ic2 = Ie2 ≈ Iz/2 mA 
Vbe1 
Vbe2 
IL 
VZ 
β1 
β2 
Iz 
Ib2 
Ic2 
Ib1 
VR3 
VL 
Rz IR1 
Ie2 
VR2 
I1 
RL 
ID 
Escolha Zener, encontre Rz 
1.  Escolha Vz para a referência 
2.  Escolha Iz de operação 
3.  Considere Ic2≈Ie2, β >>1 
4.  O zener D1 opera com 
a.  Iz = Ie2 + ID 
5.  Rz = (VL-Vz)/ID 
Encontrar R2 e R3 
1.  Ib2 = Ic2/β2 
2.  Considerando I1 >> Ib2 
3.  I1 ≈ I2 
4.  VR3 = Vbe2 + Vz 
5.  Logo 
a.  R2 = (VL – VR3)/I1 
b.  R3 ≈ VR3/I1 
I2 
Encontrar Ib1,R1 
1.  Ib1= (IL+I1+ID)/β1 
2.  R1=[V+-(Vbe1+VL)]/(Ib1+Ic2) 
Regulagem de tensão de saída 
  Considerando que: 
1.  VL= Vz+Vbe2+VR2, como: 
2.  I1=I2, temos: 
VL/(R2+R3)= VR2/R2, logo: 
3.  VR2= VL[R2/(R2+R3)] 
4.  Assim: 
 VL= Vz+Vbe2+VL[R2/(R2+R3)] 
 VL = (Vz+Vbe2)(1+R2/R3) 
Desde que consideramos Vz+Vbe2 valores constantes, um método 
conveniente de se ajustar a tensão de saída desta fonte seria ajustar 
a relação R2/R3