Aula 8 Fonte de Tensão Regulada

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EEL7011	
  –	
  Eletricidade	
  Básica	
  –	
  Aula	
  8	
  EEL/CTC/UFSC	
  
	
   1/6	
  
Introdução	
  teórica	
  Aula	
  8:	
  
Fonte	
  de	
  Tensão	
  Regulada	
  
	
  
Regulador	
  LM7805	
  78xx	
   é	
   o	
   nome	
   de	
   uma	
   popular	
   família	
   de	
  reguladores	
   positivos	
   de	
   tensão.	
   É	
   um	
   componente	
  comum	
   em	
  muitas	
   fontes	
   de	
   alimentação.	
   Eles	
   têm	
  três	
   terminais	
  (tensão	
  de	
  entrada,	
   tensão	
  de	
  saída	
  e	
  ground)	
   e	
   especificações	
   semelhantes	
   que	
   diferem	
  apenas	
   na	
   tensão	
   de	
   saída	
   fornecida	
   ou	
   na	
  intensidade	
   da	
   corrente.	
   A	
   intensidade	
   máxima	
  depende	
  está	
  por	
  volta	
  de	
  1A.	
  	
  A	
   tensão	
   de	
   saída	
   varia	
   entre	
   3,3	
   e	
   24	
   volts,	
  dependendo	
   do	
   modelo	
   e	
   é	
   especificado	
   pelos	
   dois	
  últimos	
  dígitos	
  (por	
  exemplo	
  8V	
  para	
  o	
  7808).	
  	
  A	
  série	
  de	
  reguladores	
  positivos	
  da	
  tensão	
  78xx	
  são	
  complementados	
  pelos	
  79xx,	
  que	
  proporcionam	
  tensões	
  negativas	
  uteis	
  em	
  sistemas	
  em	
  que	
  são	
  necessárias	
  tensões	
  positivas	
  e	
  negativas	
  (uma	
  vez	
  que	
  a	
  série	
  78xx	
  não	
  pode	
  ser	
  utilizado	
  para	
  regular	
  tensões	
  negativas).	
  Um	
  dos	
  reguladores	
  mais	
  usados	
  é	
  o	
  7805	
  (ver	
  pinagem	
  do	
  7805	
  e	
  símbolo	
  na	
  figura	
  acima),	
  o	
  qual	
  proporciona	
  uma	
  tensão	
  de	
  saída	
  de	
  5V	
  e	
  é	
  muito	
  útil	
  para	
  aplicações	
  Transistor-­‐Transistor	
  Logic	
  (TTL).	
  
	
  
Fonte	
  de	
  tensão	
  regulada	
  Uma	
  das	
  aplicações	
  dos	
  reguladores	
  de	
  tensão	
  pode	
  ser	
  o	
  gerador	
  de	
  tensão	
  DC	
  regulada.	
  Na	
  figura	
  abaixo	
  mostrada	
  podemos	
  ver	
  as	
  diferentes	
  etapas	
  para	
  passar	
  de	
  um	
  sinal	
  AC	
  de	
  127V	
  pico	
  a	
  pico	
  e	
  60Hz	
  de	
  frequência	
  a	
  uma	
  tensão	
  DC	
  regulada	
  por	
  um	
  regulador	
  LM78XX.	
  A	
  primeira	
  etapa	
  consiste	
  num	
  retificador	
  de	
  onda	
  (media	
  ou	
  completa)	
  usando	
  diodos,	
  a	
  segunda	
  etapa	
  consiste	
  em	
  filtrar	
  este	
  sinal	
  usando	
  um	
  capacitor.	
  Por	
  último	
  o	
  sinal	
  retificado	
  é	
  regulado	
  ao	
  nível	
  DC	
  desejado,	
  usando	
  um	
  regulador	
  LM78XX.	
  É	
  importante	
  destacar	
  que	
  pode	
  ser	
  usado	
  um	
  capacitor	
  adicional	
  na	
  saída	
  do	
  regulador	
  para	
  eliminar	
  ainda	
  mais	
  o	
  ruído	
  indesejado.	
  	
  
	
  	
  	
  
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  Básica	
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  Aula	
  8	
  EEL/CTC/UFSC	
  
	
   2/6	
  
	
  
	
  
Roteiro	
  laboratório	
  Aula	
  8:	
  
Fonte	
  de	
  Tensão	
  Regulada	
  	
  
Lista	
  de	
  material	
  
• Osciloscópio	
  e	
  transformador	
  da	
  bancada;	
  
• Resistor	
  R	
  =	
  470Ω;	
  
• Capacitores	
  C1	
  =	
  100µF,	
  C2	
  =	
  220µF,	
  C3	
  =	
  68µF	
  e	
  C0	
  =	
  100nF;	
  
• Capacitor	
  adicional	
  de	
  100nF;	
  
• Diodo	
  1N4002	
  e	
  regulador	
  LM7805	
  ou	
  equivalentes;	
  
Introdução	
  Nesta	
  experiência,	
  você	
  irá	
  montar	
  uma	
  fonte	
  de	
  tensão	
  regulada	
  de	
  5Vcc.	
  Para	
  isto	
  será	
  usado	
  um	
  retificador	
   de	
   meia	
   onda	
   aplicado	
   à	
   saída	
   do	
   transformador	
   da	
   bancada,	
   seguido	
   de	
   um	
   filtro	
  capacitivo	
  e	
  de	
  um	
  circuito	
  integrado	
  regulador.	
  O	
  circuito	
  completo,	
  o	
  qual	
  será	
  obtido	
  ao	
  final	
  da	
  experiência,	
  está	
  mostrado	
  na	
  figura	
  abaixo.	
  	
  
	
  
Roteiro	
  da	
  experiência	
  1) Neste	
  exercício	
  você	
  irá	
  montar	
  um	
  circuito	
  retificador	
  de	
  meia-­‐onda.	
  a) Configure	
   o	
  menu	
   TRIGGER	
   para	
  Origem	
   =	
   Linha.	
   Esta	
   configuração	
   deve	
   ser	
   mantida	
  durante	
  todos	
  os	
  experimentos	
  desta	
  aula.	
  b) Ajuste	
  a	
  escala	
  do	
  CH1	
  para	
  5V/div	
  e	
  a	
  posição	
  vertical	
  para	
  0	
  (centralizado	
  na	
  tela).	
  Faça	
  o	
  mesmo	
  para	
  o	
  CH2.	
  Em	
  ambos	
  os	
  canais	
  utilize	
  acoplamento	
  CC.	
  c) Monte	
   o	
   circuito	
   abaixo	
   e	
   esboce	
   os	
   sinais	
   observados,	
   indicando	
   seus	
   valores	
  máximo	
   e	
  mínimo.	
  A	
  tensão	
  de	
  12Vac	
  é	
  obtida	
  a	
  partir	
  de	
  dois	
  terminais	
  adjacentes	
  do	
  transformador	
  da	
  bancada.	
  	
  	
  
	
  	
  
EEL7011	
  –	
  Eletricidade	
  Básica	
  –	
  Aula	
  8	
  EEL/CTC/UFSC	
  
	
   3/6	
  
	
  	
   d) Como	
   você	
   explicaria	
   o	
   sinal	
   observado	
   na	
   saída	
   do	
   circuito?	
   (Dica:	
   para	
   responder	
   essa	
  questão,	
  configure	
  o	
  CH2	
  com	
  a	
  mesma	
  escala	
  de	
  tensão	
  e	
  a	
  mesma	
  posição	
  vertical	
  do	
  CH1.	
  Lembre-­‐se	
  também	
  da	
  Lei	
  de	
  Kirchhoff	
  das	
  Tensões.).	
  	
  e) Meça	
   o	
   valor	
   médio	
   da	
   tensão	
   sobre	
   o	
   resistor	
   e	
   compare	
   com	
   o	
   valor	
   médio	
   teórico.	
  (Lembre-­‐se	
   de	
  deixar	
   pelo	
  menos	
  10	
  períodos	
  mostrados	
  na	
   tela	
   para	
   realizar	
   a	
  medição.	
  Nesse	
  caso,	
  a	
  escala	
  horizontal	
  de	
  25ms/div	
  é	
  adequada).	
  	
  	
  2) Agora,	
  você	
  irá	
  observar	
  o	
  efeito	
  de	
  retificação	
  proporcionado	
  pelo	
  diodo,	
  e	
  em	
  seguida	
  o	
  efeito	
  de	
  filtragem	
  realizado	
  pelo	
  capacitor.	
  a) Monte	
  o	
  circuito	
  abaixo.	
  Note	
  que	
  basta	
  adicionar	
  o	
  capacitor	
  C1	
  em	
  paralelo	
  com	
  o	
  resistor	
  no	
  circuito	
  da	
  questão	
  anterior.	
  Cuide	
  para	
  que	
  a	
  polaridade	
  do	
  capacitor	
  seja	
  respeitada.	
  A	
  inversão	
  da	
  polaridade	
  pode	
  danificar	
  o	
  componente.	
  	
  
	
  	
  	
   b) Deixe	
  o	
  CH2	
  sobreposto	
  ao	
  CH1,	
  isto	
  é,	
  na	
  mesma	
  escala	
  e	
  posição	
  vertical.	
  Utilize	
  escala	
  de	
  tempo	
   de	
   5ms/div.	
   Observe	
   que	
   apareceu	
   uma	
   distorção	
   na	
   tensão	
   nos	
   terminais	
   do	
  transformador	
   (CH1).	
   Esta	
   distorção	
   é	
   devido	
   à	
   impedância	
   (“resistência	
   interna”)	
   do	
  transformador,	
   que	
   quando	
   percorrida	
   por	
   uma	
   corrente	
   (que	
   o	
   retificador	
   precisa	
   para	
  carregar	
  o	
  capacitor	
  no	
  pico	
  da	
  senóide),	
  gera	
  uma	
  queda	
  de	
  tensão.	
  c) Meça	
  os	
  valores	
  máximo,	
  mínimo	
  e	
  médio	
  da	
  tensão	
  no	
  CH2	
  e	
  preencha	
  a	
  primeira	
  linha	
  da	
  tabela	
   1.	
   Em	
   seguida,	
   realize	
   as	
  mesmas	
  medidas	
   trocando	
   o	
   capacitor	
   C1	
   (100µF)	
   por	
   C2	
  (220µF)	
  e	
  preencha	
  a	
  segunda	
  linha	
  da	
  tabela	
  1.	
  d) Explique	
  o	
  que	
  acontece	
  com	
  o	
  aumento	
  do	
  valor	
  docapacitor.	
  	
  	
  3) Nesta	
   questão	
   você	
   irá	
   construir	
   um	
   circuito	
   regulador	
   de	
   tensão	
   encontrado	
   em	
   diversos	
  equipamentos	
  eletrônicos.	
  Com	
  este	
   circuito	
  é	
  possível	
  obter	
  uma	
   tensão	
  de	
  5Vcc	
  estabilizada	
  (regulada).	
  a) Monte	
  o	
  circuito	
  a	
  seguir	
  com	
  os	
  capacitores	
  C0	
  =	
  100nF	
  e	
  C3	
  =	
  68µF.	
  Observe	
  que,	
  agora,	
  o	
  CH1	
  deve	
  mostrar	
  a	
  tensão	
  na	
  entrada	
  do	
  regulador,	
  vin(t),	
  enquanto	
  o	
  CH2	
  deve	
  mostrar	
  a	
  tensão	
  obtida	
  na	
  saída	
  do	
  regulador,	
  vout(t).	
  	
  
	
  
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  –	
  Eletricidade	
  Básica	
  –	
  Aula	
  8	
  EEL/CTC/UFSC	
  
	
   4/6	
  
	
  b) Deixe	
  o	
  CH2	
  sobreposto	
  ao	
  CH1,	
  isto	
  é,	
  na	
  mesma	
  escala	
  e	
  posição	
  vertical.	
  Utilize	
  escala	
  de	
  tempo	
  de	
  5ms/div.	
  Observe	
  as	
  formas	
  de	
  onda.	
  c) Ajuste	
   a	
   escala	
   horizontal	
   para	
   25ms/div	
   e	
  meça	
   a	
   tensão	
   no	
  CH1,	
   preenchendo	
   a	
   tabela	
  abaixo.	
  ATENÇÃO:	
  diferentemente	
  da	
  questão	
  anterior,	
  as	
  medidas	
  abaixo	
  devem	
  ser	
  
feitas	
  para	
  a	
  tensão	
  no	
  CH1	
  (que	
  agora	
  mostra	
  a	
  tensão	
  no	
  capacitor).	
  d) Substitua	
  o	
  capacitor	
  C3	
  de	
  68µF	
  pelo	
  capacitor	
  adicional	
  de	
  100nF.	
  O	
  que	
  acontece	
  com	
  a	
  tensão	
   de	
   saída	
   do	
   regulador	
   (CH2)?	
   Por	
   quê?	
   Determine	
   também	
   o	
   menor	
   valor	
   de	
   Vin	
  (CH1)	
  tal	
  que	
  Vout	
  =	
  5V	
  (CH2).	
  (Dica:	
  meça	
  usando	
  um	
  cursor	
  de	
  tempo	
  com	
  origem	
  no	
  CH1.)	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
EEL7011	
  –	
  Eletricidade	
  Básica	
  –	
  Aula	
  8	
  EEL/CTC/UFSC	
  
	
   5/6	
  
Aluno(a):	
  ______________________________________________________.	
   Turma:	
  ______________________	
  Matrícula:	
  _______________________	
  Data:	
  _____/_____/__________	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Nota:	
  ________________________	
  	
  
Questão 1.c) 	
  
	
  	
  
Questão 1.d) 	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
   	
  
Questão 1.d) 	
  
max
med
VV =
π
	
  (teórico)	
   Vmed	
  (medido)	
  
	
   	
  
 
Tabela 1 	
  
	
   Vmax	
  (CH2)	
   Vmin	
  (CH2)	
   Vmed	
  (CH2)	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  C	
  =	
  100µF	
   	
   	
   	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  C	
  =	
  220µF	
   	
   	
   	
  	
  	
  	
  
EEL7011	
  –	
  Eletricidade	
  Básica	
  –	
  Aula	
  8	
  EEL/CTC/UFSC	
  
	
   6/6	
  
Questão 2.d) 	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
 
Questão 3.c) 	
  
Vmax	
  (CH1)	
   Vmin	
  (CH1)	
   Vmed	
  (CH1)	
  	
   	
   	
  
 
Questão 3.d) 	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
 
Questão de preparação 	
  Abra	
  o	
  datasheet	
  da	
   série	
  de	
   reguladores	
  LM78xx	
   (disponível	
  no	
  moodle)	
  e	
  pesquise	
  as	
   seguintes	
  informações:	
  a) Pinagem	
  (isto	
  é,	
  nome	
  de	
  cada	
  pino	
  e	
  sua	
  localização	
  no	
  dispositivo);	
  b) Máxima	
  tensão	
  de	
  entrada	
  (VI)	
  para	
  uma	
  tensão	
  de	
  saída	
  (VO)	
  entre	
  5V	
  e	
  18V;