Fonte reguladora de tensão Alimentação CA e CC

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FONTE REGULADORA DE TENSÃO 
 
 
 
Fonte de alimentação CA/CC 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SANTOS 
2014 
 
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Sumário 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 2 
2 RETIFICAÇÃO ............................................................................................ 3 
3 FILTRAGEM ............................................................................................... 6 
4 REGULAÇÃO E CONTROLE ................................................................... 11 
5 PROTEÇÃO .............................................................................................. 17 
6 CONCLUSÃO ........................................................................................... 18 
7 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 19 
 
 
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1 INTRODUÇÃO 
Com o advento e crescimento constante da eletrônica no nosso dia a dia, 
utilizamos equipamentos que funcionam parcial ou integralmente em corrente 
contínua (CC) como o computador, a televisão, o micro-ondas, entre outros. Sendo 
assim, para suprir a necessidade de obter-se tensão contínua para alimentação de 
circuitos eletrônicos é utilizado um dispositivo chamado fonte retificadora de tensão, 
no qual recebe a tensão alternada e transforma-a em tensão contínua. Este 
processo é conhecido como retificação. 
Neste trabalho, vamos descrever o funcionamento da fonte regulada de 
tensão com alimentação de entrada 110V/220V, que além de retificar também 
possibilita o ajuste da tensão contínua, podendo ser utilizada para testar circuitos e 
componentes eletrônicos. 
O objetivo do nosso trabalho é explicar todas as etapas de construção de uma 
fonte regulada de tensão, desde o planejamento, custo, dimensionamento dos 
componentes e montagem de cada circuito da fonte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
2 RETIFICAÇÃO 
Os dispositivos semicondutores necessitam ser alimentados com tensões 
contínuas para devida polarização. Como o nosso transformador recebe uma tensão 
alternada, precisamos convertê-la em tensão contínua. Para isso, usamos circuitos 
retificadores que juntamente com os filtros possibilitam obter tensão contínua pura 
na saída. 
 
Após o primeiro estágio, que é constituído é por um transformador para 
reduzir a tensão de entrada. Após o primeiro processo, o segundo será a retificação 
através de diodos que transformam a tensão alternada para contínua pulsante. No 
terceiro estágio o circuito de filtro, geralmente capacitivo, transforma a tensão 
contínua pura. 
Os circuitos retificadores são classificados em dois tipos, chamados de meia-
onda e onda completa. Veremos o circuito retificador meia onda abaixo: 
 
4 
 
 
 
Durante o semiciclo positivo da tensão e entrada o diodo estará diretamente 
polarizado e conduzirá, fazendo o circuito conduzir a corrente. 
Durante o semiciclo negativo, o diodo estará reversamente polarizado, não 
conduzindo corrente pelo circuito. 
A tensão de saída contínua da saída terá um valor DC igual a: 
 
Para podermos aumentar o nível de tensão contínua na saída, teremos que 
adicionar um filtro capacitivo ao circuito. 
A finalidade do capacitor no circuito é de se carregar com a tensão de entrada 
durante o intervalo do semiciclo positivo, até atingir sua tensão máxima. Depois 
disso o diodo corta e o capacitor inicia um processo de descarga por meio da carga 
até que um novo semiciclo positivo faça com que a tensão no anodo do diodo seja 
maior, reiniciando o processo de carga. 
Notamos que o filtro faz com o que eleve o nível de tensão contínua de saída, 
que varia das características do capacitor. A ondulação remanescente é chamada 
de ripple, cujo valor pode avaliar a eficácia do circuito. 
A retificação de onda completa pode ser obtida por meio de dois circuitos sendo que 
usa um transformador com derivação central e dois diodos, e o que utiliza um 
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transformador sem derivação, mas com quatro diodos ligados em ponte. Veremos 
abaixo o retificador de onda completa com dois diodos. 
O transformador utilizado no circuito possui derivação central que defasa a relação 
entre a tensão Ve1 a tensão Ve2 em 180º. Durante o semiciclo positivo de Ve1 e o 
negativo de Ve2, o diodo D1 estará conduzindo e o diodo D2 estará cortado. Devido 
ao diodo D1 estar polarizado diretamente irá gerar uma corrente, fazendo com que 
apareça na saída o semiciclo positivo Ve1. 
Quando o semiciclo de Ve2 está positivo, o semiciclo de Ve1 estará negativo, e o 
diodo D2 estará polarizado diretamente, sendo assim, irá conduzir uma corrente, 
fazendo com que o próprio semiciclo de Ve2 apareça na saída. 
 
Os diodos apresentam uma tensão de 0,7V (silício) ou 0,3V (germânio), 
quando um deles estiver cortado, o outro estará conduzindo, fazendo com que a 
tensão. 
A ligação da ponte retificadora, utilizamos quatro diodos ligados em ponte que 
durante o semiciclo positivo os diodos D1 e D3 continuam conduzindo, fazendo 
circular uma corrente, fazendo com que apareça na saída o próprio semiciclo. No 
semiciclo negativo, os diodos D2 e D4 estarão conduzindo, fazendo circular uma 
corrente com o mesmo sentido que no outro caso, surgindo uma saída de tensão 
igualmente positiva. 
 
6 
 
 
Nos retificadores de onda completa, temos em todos os semiciclos da tensão 
de entrada, uma tensão de saída. O nível de tensão contínua será o dobro em 
relação ao retificador de meia onda: 
 
 
 
3 FILTRAGEM 
O circuito retificador é necessário para converter um sinal com valor médio 
nulo em um sinal com um valor diferente de zero. A saída resultante de um 
retificador é uma tensão CC pulsante ainda não adequada para substituir uma 
bateria. Essa tensão poderia ser utilizada em algo como um carregador de baterias, 
em que a tensão CC média é suficiente para fornecer uma corrente de carga para 
bateria. Para tensões CC de alimentação como aquelas utilizadas em rádios, 
aparelhos de som, computadores, etc., a tensão CC pulsante obtida de um 
retificador não é boa o suficiente. Para que a tensão CC de saída da fonte seja mais 
estável, um circuito de filtro torna-se necessário. 
A figura a seguir mostra uma tensão de saída típica de um filtro que servirá 
para definir alguns dos fatores considerados no sinal. A saída filtrada apresenta um 
valor CC e uma variação CA (ondulação), quanto menor for a variação CA quando 
comparada ao valor CC, melhor será a operação de filtragem. 
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Definição: ondulação é: 
 
 
 
 
 
 
 
Regulação de tensão 
Outro fator importante em uma fonte de alimentação é o quanto há de 
variação da tensão CC de saída ao longo de uma faixa de operação do circuito. A 
tensão fornecida na saída na condução em que não existe carga é reduzida quando 
há corrente de carga drenada da fonte. Enquanto a tensão CC varia entre as 
condições com carga e sem carga é descrito por um fator chamado de regulação de 
tensão. 
DEFINIÇÃO: Regulação de tensão é dada por: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fator de ondulação do sinal retificado: apesar de a tensão retificada não ser 
uma tensão filtrada, ela contém uma componente CC e uma componente de 
ondulação (ripple). Veremos a diante que um sinal retificado de onda completa tem 
uma componente CC maior e tem menos ondulação retificada de meia-onda.
Meia-Onda: Para um sinal retificado de meia-onda, a tensão CC de saída é: 
 
O valor RMS da componente CA do sinal de saída pode ser calculado: 
 
A ondulação percentual de um sinal retificado de meia-onda pode, então, ser 
calculada como: 
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Onda Completa: Para um sinal retificado de onda completa, a tensão CC de 
saída é: 
 
O valor RMS da componente CA do sinal de saída pode ser calculado como: 
 
A ondulação percentual de um sinal retificado de onda completa pode, então, 
ser calculada como: 
 
 
 
 
 
 
 
Filtro a capacitor: 
 
Se não houvesse carga conectada aos terminais do capacitor, a forma de 
onda da saída seria idealmente um valor CC constante, com valor igual a tensão de 
pico do circuito retificador. Entretanto, o propósito de se obter uma tensão CC é 
fornecer essa tensão para uso por vários circuitos eletrônicos, os quais se 
constituem em carga para fonte de tensão. Uma vez que sempre haverá uma carga 
na saída do filtro. 
 
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Filtro RC 
É possível reduzir uma ondulação ainda mais na saída de um filtro a capacitor 
utilizando uma seção RC adicional. A finalidade dessa seção adicional é passar a 
maior parte da componente CC enquanto atenua-se (reduz-se) o componente CA o 
máximo possível. Segue abaixo um retificador de onda completa com filtro a 
capacitor seguido de uma seção RC. O funcionamento do circuito de filtro pode ser 
analisando usando-se superposição para as componentes CC e CA do sinal. 
 
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Operação CC para seção de filtro RC: A figura abaixo mostra o circuito 
equivalente CC a ser utilizado na análise do filtro RC. Uma vez que ambos os 
capacitores são circuitos aberto para operação CC, a tensão CC resultante na saída 
é: 
 
 
 
 
 
 
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4 REGULAÇÃO E CONTROLE 
Um regulador de tensão pode ser definido como uma fonte de tensão que 
ajusta sua resistência de saída para qualquer variação de impedância de carga e de 
tensão de entrada de tal modo que a tensão de saída se mantenha constante[1]. 
Uma representação esquemática desta definição é mostrada na figura abaixo: 
 
onde: 
VIN: tensão de entrada (V) 
VO : tensão de saída (V) 
IIN: corrente de entrada (A) 
IO: corrente de saída (A) 
CO e RO: cargas típicas de um regulador de tensão. 
 
Com isso, os parâmetros que definem um regulador de tensão são: 
 Tensão de Saída (VO): define qual é o valor da tensão de saída 
nominal, dentro das condições de operação normais do circuito. 
 Exatidão da tensão de saída: valor normalmente definido em 
porcentagem que indica o quanto a tensão de saída pode variar de seu 
valor nominal. 
 
 
 Máxima corrente de saída: determina qual é a máxima corrente de 
saída onde é garantida a operação do circuito. 
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 Temperatura de operação: determina a faixa de temperatura que o 
circuito deve funcionar dentro das outras especificações definidas. 
 Faixa de tensão de entrada: especifica os limites superior e inferior de 
tensão de entrada onde o circuito deve operar. 
Segue abaixo as principais formas de obter-se regulagem de tensão: 
Regulação com diodo Zener: 
 
O diodo Zener é um dispositivo semicondutor, de dois terminais, 
diferente dos diodos comuns, tanto na sua construção física, quanto no 
seu funcionamento. O Zener possui uma junção maior que a do diodo 
comum, o que possibilita uma dissipação de potência. Quanto ao seu 
funcionamento, foi projetado para operar na região inversa da curva 
característica e assim sendo, sua polarização normal é inversa. Este 
dispositivo tem como principal característica manter a “tensão zener” 
(Vz) constante, entretanto, é necessário ter na entrada do mesmo uma 
tensão acima de Vz e utilizar um resistor para limitar a corrente no 
zener. 
 
A tabela abaixo ilustra os principais diodo zener comerciais, as 
tensões de regulação vão de 3,3 até 100V e as potência de 0,4W até 
5W. Vale ressaltar que os componentes com potência igual a 400mW 
ou 500mW tem encapsulamento DO-35, enquanto o zener de 1W tem 
encapsulamento DO-41 e os semicondutores de 5W tem 
encapsulamento T-18 
 
 
 
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Zener Tensão Watts Zener Tensão Watts Zener Tensão Watts 
1N746 3,3 0,4 1N5227 3,6 0,5 1N4751 30 1 W 
1N747 3,6 0,4 1N5228 3,9 0,5 1N4752 33 1 W 
1N748 3,9 0,4 1N5229 4,3 0,5 1N4753 36 1 W 
1N749 4,3 0,4 1N5230 4,7 0,5 1N4754 39 1 W 
1N750 4,7 0,4 1N5231 5,1 0,5 1N4755 43 1 W 
1N751 5,1 0,4 1N5232 5,6 0,5 1N4756 47 1 W 
1N752 5,6 0,4 1N5234 6,2 0,5 1N4757 51 1 W 
1N753 6,2 0,4 1N5235 6,8 0,5 1N4758 56 1 W 
1N754 6,8 0,4 1N5236 7,5 0,5 1N4759 62 1 W 
1N755 7,5 0,4 1N5237 8,2 0,5 1N4760 68 1 W 
1N756 8,2 0,4 1N5239 9,1 0,5 1N4761 75 1 W 
1N757 9,1 0,4 1N5240 10 0,5 1N4762 82 1 W 
1N758 10 0,4 1N5242 12 0,5 1N4763 91 1 W 
1N759 12 0,4 1N5245 15 0,5 1N4764 100 1 W 
1N957 6,8 0,4 1N5246 16 0,5 1N5333 3,3 5 W 
1N958 7,5 0,4 1N5248 18 0,5 1N5334 3,6 5 W 
1N959 8,2 0,4 1N5250 20 0,5 1N5335 3,9 5 W 
1N960 9,1 0,4 1N5251 22 0,5 1N5336 4,3 5 W 
1N961 10 0,4 1N5252 24 0,5 1N5337 4,7 5 W 
1N962 11 0,4 1N5254 27 0,5 1N5338 5,1 5 W 
1N963 12 0,4 1N5256 30 0,5 1N5339 5,6 5 W 
1N964 13 0,4 1N5257 33 0,5 1N5340 6,0 5 W 
1N965 15 0,4 1N5258 36 0,5 1N5341 6,2 5 W 
1N966 16 0,4 1N5259 39 0,5 1N5342 6,8 5 W 
1N967 18 0,4 1N5260 43 0,5 1N5343 7,5 5 W 
1N968 20 0,4 1N5261 47 0,5 1N5344 8,2 5 W 
1N969 22 0,4 1N5262 51 0,5 1N5345 8,7 5 W 
1N970 24 0,4 1N5263 56 0,5 1N5346 9,1 5 W 
1N971 27 0,4 1N5265 62 0,5 1N5347 10 5 W 
1N972 30 0,4 1N5266 68 0,5 1N5348 11 5 W 
1N973 33 0,4 1N5267 75 0,5 1N5349 12 5 W 
1N974 36 0,4 1N5268 82 0,5 1N5350 13 5 W 
1N975 39 0,4 1N5270 91 0,5 1N5351 14 5 W 
1N976 43 0,4 1N5271 100 0,5 1N5352 15 5 W 
1N977 47 0,4 1N4728 3,3 1 W 1N5353 16 5 W 
1N978 51 0,4 1N4729 3,6 1 W 1N5354 17 5 W 
1N979 56 0,4 1N4730 3,9 1 W 1N5355 18 5 W 
1N980 62 0,4 1N4731 4,3 1 W 1N5356 19 5 W 
1N981 68 0,4 1N4732 4,7 1 W 1N5357 20 5 W 
1N982 75 0,4 1N4733 5,1 1 W 1N5358 22 5 W 
1N983 82 0,4 1N4734 5,6 1 W 1N5359 24 5 W 
1N984 91 0,4 1N4735 6,2 1 W 1N5361 27 5 W 
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Regulação por transistor: 
Há dois tipos de regulador de tensão com transistor: o regulador de tensão 
tipo série e o regulador de tensão tipo paralelo. Cada tipo de circuito pode fornecer 
uma tensão CC de saída regulada ou estabelecida em um determinado valor, 
mesmo que haja uma variação de tensão na entrada ou uma alteração do valor da 
carga conectada. 
Regulação de tensão série: 
Um circuito regulador simples do tipo série aparece abaixo. O transistor Q1 é o 
elemento de controle em série e o diodo Zener D2 fornece a tensão de referência. A 
operação de regulação pode ser descrita como segue: 
 Se a tensão de saída diminuir, a tensão base-emissor aumenta, fazendo o 
transistor conduzir mais, e, dessa forma, aumentar a tensão de saída, 
mantendo a saída constante. 
 Se a tensão de saída aumentar, a tensão base-emissor diminui, fazendo o 
transistor conduzir menos, reduzindo, assim, a tensão na saída, mantendo a 
saída constante. 
 
 
 
Regulação de tensão em paralelo 
 
Um circuito regulador do tipo paralelo simples é mostrado abaixo. O 
resistor Rs reduz a tensão não regulada por um valor que
depende da 
corrente fornecida à carga RL. A tensão através da carga é determinada pelo 
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diodo zener e pela tensão base-emissor do transistor. Se a resistência da 
carga diminuir, menos corrente entra na base de Q1, o que resulta em menos 
corrente desviada pelo coletor. Portanto, a corrente de carga aumenta, 
mantendo a tensão regulada através da carga. A tensão de saída para a 
carga é: 
 
 
 
Regulação por CI (Circuito Integrado): 
 
Regulador LM317 
 
 
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LM317 é um regulador ajustável de tensão. Associando resistores 
adequados no circuito, podemos ter tensão desejada entre 1,2 e 37V 
utilizando apenas 1 componente. Esta é a grande vantagem de sua utilização. 
Entretanto, este componente não é o ideal para baixas tensões (ex: 5V), pois 
a sua tensão mínima de entrada é de 28V. Outra vantagem é que este 
dispositivo possui internamente proteção contra curto circuito e contra 
superaquecimento. A tensão de entrada deve ser no mínimo 28V, ou 3V 
maior que a tensão de saída e no máximo 40V a mais que a tensão de saída. 
A corrente mínima para funcionamento é de 10mA e a corrente máxima é de 
1,5A. Para casos em que há necessidade de utilização de correntes maiores, 
podem ser selecionados outros CIs, como o LM150 (3A) ou LM138 (5A). 
Regulador 78XX 
 
 
78XX é uma família de reguladores de tensão de três terminais, com valores 
discretos constantes de tensão de saída, representados pelo 2 últimos números do 
nome do componente. 
Este componente é bem simples de ser utilizado, porém seus valores 
discretos de tensão de saída limitam sua utilização. 
 
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5 PROTEÇÃO 
Como estamos pensando em utilizar esta fonte retificada em bancada de 
teste decidimos adicionar um circuito de proteção. 
Este circuito atuará desligando nosso circuito retificador nas seguintes 
situações: 
 Carga necessita mais corrente do que nossa fonte pode oferecer. 
 Curto circuito na saída de nossa fonte, por um erro de uso. 
Sendo assim este circuito irá evitar danos a nossa fonte. 
 
Abaixo segue circuito de proteção que decidimos utilizar: 
 
O circuito será instalado antes da regulagem, notar que a corrente de saída 
para carga será monitorada pelo nosso resistor (identificado como resistor –sensor 
no diagrama ) como ele esta posicionado entre os terminais catodo–gate do scr caso 
atinja 1V de queda de tensão irá disparar o SCR colocando ele em condução, com 
isto o relay atraca e desliga nosso circuito. Com isto será acionado o LED que 
indicará para o usuário que a fonte foi desativada devido circuito de proteção. 
 Sendo assim poderemos projetar a corrente corte conforme nosso valor de 
resistor-sensor, através de lei de ohm. 
Exemplo: 
Calculando resistor-sensor: 
Se estipularmos que nossa fonte pode gerar 2A temos o seguinte: 
 
 
 
 
 
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6 CONCLUSÃO 
Com relação ao trabalho proposto podemos relatar que foi benéfico pesquisar 
assuntos pertinentes a matéria de eletrônica básica deste semestre. 
Cito o que pudemos verificar com pesquisa realizada em comparação da 
matéria exposta em aula: 
Retificação (através dos diodos retificadores), matéria exposta em aula. 
Regulação (através do diodo zener), matéria exposta em aula. 
Controle (matéria de transistores), certa parte da matéria exposta em aula, 
notar que não chegamos a estudar algumas configurações que nos facilitariam 
entendimento de circuitos de regulagem/ controle , também não nos foi passado 
gráfico de ponto de funcionamento de transistores. Notar que matéria de transitor 
ficou restrita a polarização e calculo de correntes. 
Filtro (não contemplou conteúdo deste semestre nenhum cálculo de 
dimensionamento de capacitor). 
Volto a citar matéria em aula devido conteúdo na disciplina on line, onde 
chegaríamos a ter iniciação a fonte retificada. 
Como dificuldade podemos citar necessidade de pesquisa a material externo 
para entendimento pleno do circuito geral da fonte retificada, e um entendimento 
suficiente para analisar uma fonte com tensão variável na saída. Seria interessante 
montagem pratica em laboratório de circuitos transistorizados para visualização de 
teste de ponto quiescentes e assim melhor entendimento, sendo este componente o 
de mais complicado entendimento no desenvolvimento da pesquisa . 
 
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7 BIBLIOGRAFIA 
Site: www.feiradeciencias.com.br dia 3/4/14. 
Site: http://peteletricaufjf.files.wordpress.com dia 7/4/14. 
Livro: Laboratório de eletricidade e eletrônica - 23° edição - Ed. Érica 
Livro: Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos - 11° edição - Ed. Pearson 
Livro: Teoria e desenvolvimento de projetos de circuitos eletrônicos – 
23°edição – Ed. Érica