Relatório - Projeto de uma fonte CC linear regulada a Zener

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS 
CURSO TÉCNICO EM EQUIPAMENTOS BIOMÉDICOS 
 
 
 
Bruna Ribeiro Santos 
Larissa de Castro Braga 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA 
Projeto de uma fonte CC regulada a Zener 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Belo Horizonte, Minas Gerais 
Maio, 2016
Bruna Ribeiro Santos 
Larissa de Castro Braga 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA 
Projeto de uma fonte CC regulada a Zener 
 
 
 
 
Trabalho de Prática de Eletrônica 
Analógica do curso integrado de 
Equipamentos Biomédicos do 
CEFET-MG, como requisito parcial 
para a aprovação no ano letivo de 
2016. 
 
Professor: David Mattos de 
Andrade Ávila. 
 
 
 
 
 
 
 
Belo Horizonte, Minas Gerais 
Maio, 2016 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO.............................................................................................. 1 
2. OBJETIVOS ................................................................................................. 2 
2.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................. 2 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: .................................................................. 2 
3. MATERIAIS E METODOLOGIA ................................................................... 3 
3.1 LISTA DE FERRAMENTAS ..................................................................... 3 
3.2 LISTA DE COMPONENTES ELETRÔNICOS ......................................... 3 
3.3 ESTÁGIOS DA FONTE DE TENSÃO CC REGULADA ........................... 4 
3.3.1 Carga................................................................................................. 5 
3.3.2 Regulador de tensão a Zener ............................................................ 5 
3.3.2.1 Cálculos ...................................................................................... 6 
3.3.3 Filtro capacitivo ................................................................................. 9 
3.3.3.1 Cálculos .................................................................................... 10 
3.3.4 Ponte retificadora ............................................................................ 12 
3.3.4.1 Cálculos .................................................................................... 13 
3.3.5 Abaixador de tensão ....................................................................... 14 
3.3.5.1 Cálculos .................................................................................... 15 
3.4 SIMULAÇÃO NO PROTEUS ................................................................. 16 
3.4.1 Regulador de tensão a Zener .......................................................... 17 
3.4.1.1VE=VMÍN, com a carga................................................................. 17 
3.4.1.2 VE=VMÁX, com a carga; .............................................................. 17 
3.4.1.3 VE=VMÍN, sem a carga................................................................ 18 
3.4.1.4 VE=VMÁX, sem a carga ............................................................... 18 
3.4.2 Circuito da fonte CC completa ......................................................... 19 
3.4.2.1 Funcionamento com a carga ..................................................... 19 
3.4.2.2 Funcionamento sem a carga ..................................................... 21 
3.5 METODOLOGIA DE TESTES ............................................................... 22 
3.5.1 Regulador de tensão a Zener .......................................................... 22 
3.5.2 Fonte CC completa ......................................................................... 24 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................... 27 
4.1 REGULADOR A ZENER ....................................................................... 27 
4.1.1 VE=VMÍN ........................................................................................... 27 
4.1.2 VE=VMÁX ........................................................................................... 27 
4.2 FONTE CC COMPLETA........................................................................ 28 
4.2.2.1 Com a carga.............................................................................. 28 
4.2.2.2 Sem a carga .............................................................................. 31 
4.3 RELAÇÃO ENTRE OS VALORES OBTIDOS ....................................... 33 
4.4 QUESTIONÁRIOS ................................................................................. 34 
4.4.1 Regulador de tensão a Zener .......................................................... 34 
4.4.2 Fonte CC completa ......................................................................... 34 
5. CONCLUSÃO ............................................................................................. 37 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 38 
 
1 
1. INTRODUÇÃO 
 
A Eletrônica Analógica surgiu juntamente com a necessidade de controlar 
formas oscilatórias em todos os tipos de frequências, que estão presentes na 
alimentação de equipamentos e máquinas utilizadas no nosso dia a dia. 
A maioria dos sistemas eletrônicos, como aparelhos de televisão e 
computadores precisam da uma fonte de alimentação CC (contínua) para funcionar 
corretamente. Como a Energia Elétrica disponível é em tensão alternada, a primeira 
providência a ser tomada é converter a tensão da rede elétrica CA (alternada) em 
tensão CC. A parte do sistema eletrônico que produz a tensão CC é chamada de 
fonte de alimentação. Dentro de uma fonte de alimentação estão os circuitos que 
fazem a corrente elétrica circular em apenas um sentido. Eles são chamados de 
retificadores e com a implementação de outros componentes eletrônicos é possível 
obter uma forma de tensão na saída do circuito contínua. 
Como projeto para a disciplina “Prática de Eletrônica Analógica”, lecionada 
pelo professor David Mattos de Andrade Ávila, os alunos tiveram como objetivo a 
construção de uma fonte de tensão contínua regulada. Para isso, foram utilizados os 
conhecimentos teóricos lecionados nas disciplinas de Eletrônica Analógica e 
Circuitos Elétricos (no primeiro ano). 
2 
2. OBJETIVOS 
 
2.1 OBJETIVO GERAL: montar o circuito da fonte de tensão contínua regulada de 
forma que funcione adequadamente. 
 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 
 Reconhecer um Transformador, entendendo o que são seus valores nominais 
de tensão e corrente, sendo capaz de escolher o Transformador mais 
apropriado para determinada fonte CC; 
 Saber escolher um trafo de acordo com a tensão de saída requerida pelo 
projeto da fonte regulada; 
 Saber determinar os parâmetros usados na escolha dos diodos e do capacitor 
de filtro para um circuito retificador; 
 Saber determinar os parâmetros usados na escolha dos componentes de um 
regulador Zener (resistor e diodo Zener); 
 Compreender o funcionamento do circuito retificador em ponte; 
 Entender os efeitos da etapa de filtragem em circuito de fonte regulada; 
 Entender a importância do Transformador para a obtenção da tensão 
requerida na saída do circuito; 
 Relembrar o uso do software ISIS para simulação de circuitos eletrônicos e de 
suas ferramentas principais para análise do funcionamento do circuito. 
3 
3. MATERIAIS E METODOLOGIA 
 
3.1 LISTA DE FERRAMENTAS 
 Alicate de bico; 
 Alicate de corte rente; 
 Multímetro 3 ½ dígitos; 
 Osciloscópio e pontas de prova; 
 Protoboard; 
 Kit de transformadores; 
 Cabos bananas; 
 Fios. 
 
Figura 1: Algumas das ferramentase acessórios utilizados na prática. 
 
3.2 LISTA DE COMPONENTES ELETRÔNICOS 
Tabela 1 Lista de componentes eletrônicos 
Item Descrição Quantidade necessária 
1 Diodo retificador 1N4007 08 
2 Diodo Zener 1N5337B 01 
3 Resistor 22 Ω / 5 W 01 
4 Resistor 10 Ω / 5 W 02 
5 Resistor 0,1 Ω / 5 W 01 
6 Capacitor eletrolítico 1000 µF – 25 V 02 
7 Capacitor eletrolítico 2200 µF – 25 V 01 
 
 
 
 
4 
3.3 ESTÁGIOS DA FONTE DE TENSÃO CC REGULADA 
A fonte CC regulada a Zener pode ser dividida em cinco partes como mostra 
a figura a seguir: 
 
Figura 2 Divisão por blocos de uma fonte de tensão CC a regulador Zenercompleta 
 
 E.1: abaixador de tensão – a amplitude de tensão da rede elétrica é reduzida 
por um transformador a um valor de pico entre 70 a 100% maior que a tensão 
de saída nominal da fonte CC; 
 E.2: ponte retificadora – circuito a diodos transforma a tensão alternada em 
tensão mista, composta por uma componente CC e outra CA; 
 E.3: filtro capacitivo - emprego de um capacitor de valor relativamente 
elevado para redução de ripple de tensão, ou seja, redução da componente 
CA na tensão; 
 E.4: regulador de tensão a Zener – apenas o estágio de filtragem não é 
suficiente para reduzir definitivamente a componente CA da tensão de saída 
da fonte a níveis requeridos para ser considerada constante. Um circuito de 
regulação ou redução de ondulação (componente CA); 
 E.5: carga – circuito que é alimentado pela fonte projetada, e cujos 
parâmetros orientarão o projeto da fonte CC. 
 
O ponto de partida do projeto da fonte CC regulada são os requisitos da carga: 
tensão de alimentação (VCC) e corrente de alimentação (ICCMín e ICCMáx). Depois 
5 
projeta-se o regulador de tensão a Zener; filtro capacitivo; ponte retificadora e 
abaixador de tensão. 
Para isso, é necessário definir os valores de duas elevações de tensão A e B em 
relação à tensão de saída VCC da seguinte forma: 
 A – é a diferença entre a tensão mínima na saída do retificador e a tensão 
de saída da fonte, isto é: . 
 B – é o ripple pico a pico na saída do retificador, isto é, 
 
Figura 3 Elevações de tensão em relação à tensão de saída Vcc 
Como critério de projeto, as elevações A e B podem ser definidas como 
percentuais de VCC (no projeto foram utilizados os seguintes valores): 
 
 
3.3.1 Carga 
 A carga é o que o circuito projetado irá alimentar. Ela pode ser um outro 
circuito eletrônico ou um componente. Para este projeto a carga será um resistor de 
22 Ω / 5W. 
 
Figura 4 Resistor utilizado como carga no projeto 
 
3.3.2 Regulador de tensão a Zener 
Para o regulador de tensão são necessários dois componentes eletrônicos: o 
diodo Zener e um resistor. O diodo Zener também é conhecido como “diodo 
regulador de tensão”, porque mantém uma tensão de saída constante, variando a 
corrente. Para que funcione adequadamente, de acordo com as suas características 
6 
específicas, ele deve ser polarizado reversamente, caso o contrário funcionará como 
um diodo comum. 
Eles são usados para estabelecer tensões de referência confiáveis; proteger 
circuitos ou outros semicondutores contra pulsos de tensão; implementar circuitos de 
processamento de sinais (limitador de um ou dois níveis); implementar fontes de 
tensão CC de baixa potência sem ripple de tensão. (Ávila, 2016) 
Para o funcionamento característico é necessário que opere na região de 
ruptura, ou seja, é necessário que a tensão da fonte (ou a tensão que chega a ele) 
seja maior que a tensão de ruptura (VZ) – nas figuras 5 e 6 o parâmetro VZ foi 
utilizado para representar a tensão mínima para que o diodo Zener opere na região 
de ruptura. 
O resistor é utilizado para limitar a corrente que passa pelo Zener, num valor 
abaixo de sua corrente máxima (IZM), caso contrário queimaria como qualquer outro 
componente eletrônico. Os parâmetros VZ, IZM e outros podem ser encontrados nas 
folhas de dados (ou datasheets) dos componentes. O resistor deverá ser conectado 
em série ao diodo Zener, conforme mostra a figura 5: 
 
Figura 5 Circuito básico regulador de tensão a Zener 
3.3.2.1 Cálculos 
Considerando os valores percentuais de elevação a seguir foram realizados 
os cálculos para o projeto: 
 
 
 
 
 
7 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 2 Tensão de entrada do circuito regulador Zener 
Parâmetros Representação Calculado 
Tensão máxima na saída do filtro VMÁX (V) 9,5 V 
Tensão mínima na saída do filtro VMÍN (V) 8 V 
Tensão média na saída do filtro VCC (V) 5 V 
Ripple pico a pico na saída do filtro VRPP (V) 1,5 V 
 
O diodo Zener que atenderá a demanda do projeto é o 1N5337B. A tabela a 
seguir mostra os principais parâmetros do componente (disponível na folha de 
dados): 
Tabela 3 Parâmetros do diodo Zener utilizado (1N5337B) 
Parâmetros Valor 
Tensão Zener (VZ) 4,7 V 
Corrente Zener de teste (IZT) 260 mA 
Corrente Zener máxima (IZM) 1,010 A 
Potência máxima (PD) 5 W 
 
 Sabendo-se os valores mínimo e máximo de corrente do componente, é 
necessário calcular o valor do resistor (RZ) que limitará a corrente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como não existe um resistor no valor exato ao calculado, foi necessário 
encontrar o valor mais próximo e abaixo do calculado. O valor comercial mais 
próximo seria uma associação em paralelo de dois resistores de 10 Ω. Sabendo-se o 
valor do resistor que realmente será usado, é necessário calcular a corrente mínima: 
 
 
 
 
8 
 
 
 
 
 
Além de descobrir o valor comercial do resistor a ser utilizado, é necessário 
descobrir a sua potência máxima. Para evitar que ele queime, é necessário que o 
valor de potência de resistores comerciais seja maior do que o calculado. 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 Configuração final do regulador de tensão com os valores comerciais 
Considerando a corrente de curto igual 800 mA, foram feitos os seguintes 
cálculos e respectivas medições para teste do regulador de tensão Zener : 
 Situação 1 : VE = VMIN, plena carga; 
 Situação 2 : VE = VMÁX, plena carga; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Situação 3 : VE = VMIN, a vazio; 
9 
 Situação 4 : VE = VMÁX, a vazio. 
 
 
 
 
3.3.3 Filtro capacitivo 
Um circuito retificador é necessário para converter um sinal com valor médio 
nulo em um sinal com valor médio diferente de zero. A saída resultante de um 
retificador é uma tensão CC pulsante ainda não adequada para alimentar um circuito 
de corrente contínua. Para que a tensão CC de saída da fonte seja mais estável, um 
circuito de filtro é necessário. (Boylestad, 2013) 
 
Figura 7 Filtro capacitivo conectado à ponte retificadora e ao regulador d e tensão a Zener 
A saída do filtro capacitivo apresenta um valor CC e uma variação CA 
(ondulação). Embora que a saída forneça uma tensão CC, a tensão CC derivada de 
uma fonte de corrente alternada pela retificação e filtragem sofrerá alguma 
ondulação. Quanto menor for essa ondulação quando comparada ao valor de 
corrente contínua, melhor será a operação de filtragem. A ondulação pode ser 
calculada através da seguinte equação:Conectando um capacitor (ou associação de capacitores) na saída de um 
retificador pode-se reduzir a variação da tensão de saída (ripple) desse estágio e 
entregar à carga uma tensão mais constante. 
Ao projetar um filtro capacitivo para o circuito da fonte regulada, é necessário 
conhecer e/ou calcular os parâmetros a seguir: 
 Tensão média de saída do filtro capacitivo; 
10 
 Corrente de saída do filtro capacitivo; 
 Variação da tensão de saída do filtro; 
 Pico da corrente de surto durante a primeira carga do capacitor. 
Antes de ligar um circuito retificador com filtro capacitivo em uma rede de 
alimentação, o capacitor pode estar descarregado. No primeiro instante que for 
aplicada a energia elétrica da rede, o capacitor funciona como um curto circuito. 
Portanto, a corrente inicial de carga do capacitor terá um valor alto. Tudo o que 
existe no caminho de carga do capacitor é a resistência do secundário do 
transformador e a resistência de corpo dos diodos. (Malvino & Bates, Resistor de 
surto, 2007) 
3.3.3.1 Cálculos 
A fim de calcular a capacitância do filtro ideal, calculou-se os valores de 
corrente total máxima (ItMÁX). A partir da média aritmética do valor de corrente 
máximo calculado e corrente mínima (calculado anteriormente) foi encontrado o 
valor da corrente total média: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para o cálculo de capacitância, basta substituir os parâmetros já calculados 
na fórmula: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como o valor calculado não é encontrado no mercado foi necessário utilizar 
uma associação em paralelo de capacitores dos seguintes valores: 1x2200 µF e 
2x1000 µF, dando um total de 4200 µF. 
11 
 
Figura 8 Configuração final do filtro capacitvo conectado ao regulador a Zener e à ponte 
retificadora 
 
 Situação 1 - Fonte CC completa - Funcionamento a plena carga 
 
Cálculo da tensão média no filtro (VF (M)), e tensão eficaz no filtro VF (RMS): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Tensão de ondulação pico a pico no filtro (VFOND) e Tensão de ondulação 
eficaz no filtro (VFOND (RMS)) serão iguais a Tensão Ripple pico a pico: 
 
 
 
 
 
A Tensão média na saída (carga) (VRL(M)) e Tensão eficaz na saída – carga 
(VRL(RMS) serão iguais VCC: 
 
 
Cálculo de corrente média no diodo Zener (Iz(M)) e corrente média na carga 
(IRL) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
 
 
 
 Situação 2 - Fonte CC completa - Funcionamento a vazio 
De maneira análoga, todos os valores obtidos na situação 1 serão iguais, com 
exceção do valor de corrente média do diodo Zener (IZ(M)), que será igual ao valor da 
corrente total média devido a ausência da carga: 
 
 
3.3.4 Ponte retificadora 
O diodo é um componente eletrônico que só conduz a corrente em um 
sentido. Quando é diretamente polarizado permite que a corrente flua e de forma 
prática, tem queda de tensão de 0,7 V para diodos de silício e de 0,3 V para diodos 
de germânio é resistência próxima de 0 Ω. 
 
Figura 9 Diodo diretamente polarizado 
Quando é polarizado reversamente não permite que a corrente flua e tem 
resistência próxima ao ∞ Ω. Caso a tensão em polarização reversa seja maior que a 
tensão suportada pelo diodo, este queimará e deverá ser substituído. 
 
Figura 10 Diodo reversamente polarizado 
13 
Para a utilização dos dois semi-ciclos da fonte de corrente alternada o circuito 
mais adequado é a ponte retificadora de onda completa. Isso acontece porque 
durante o semi-ciclo positivo os diodos D1 e D4 permitem que a corrente flua pelo 
circuito, e durante o semi-ciclo negativo os diodos D2 e D3 permitem que a corrente 
flua pelo circuito. 
. 
Figura 11 Retificador de onda completa em ponte 
A folha de dados, ou datasheet lista os parâmetros importantes e as 
características de funcionamento para componentes eletrônicos. Além disso, 
informações como o tipo de encapsulamento, pinagem, procedimentos para testes e 
aplicações típicas podem ser obtidas pelas folhas de dados de componentes. 
(Malvino & Bates, Interpretação das folhas de dados, 2007) 
O diodo indicado para a realização do projeto de fonte CC foi o 1N4007, que 
tem os parâmetros especificados na tabela xx: 
Tabela 4 Parâmetros do diodo 1N4007 
Parâmetro Valor 
Tensão reversa máxima (VR(P)) 1000 V 
Máxima corrente média (IO) 1 A 
Máxima corrente de pico (IFSM) 30 A 
Potência máxima (PTot) 3W 
3.3.4.1 Cálculos 
Os diodos retificadores 1N4007 têm queda de tensão de 1 V (com corrente de 
1 A).Como os diodos não iriam conduzir uma corrente tão elevada, sua queda de 
tensão foi considerada igual a 0,8 V. Como só o transformador abaixador de 9 V (no 
secundário) estava disponível, para chegar a tensão desejada, foram utilizados um 
par de diodos 1N4007 conectados em série para representar cada diodo da ponte 
retificadora. 
14 
O cálculo de tensão reversa máxima do diodo (VR (P)) 
1 é dado multiplicação 
das quedas de tensão direta dos diodos (VFM) mais o valor de tensão máxima (VMÁX): 
 
 
 
O valor da corrente direta média (IO) 
2 é dado pela metade da corrente total 
media (ItMÉDIA): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 12 Ponte retificadora com sua configuração final conectada ao resto do circuito 
 
3.3.5 Abaixador de tensão 
 As concessionárias de energia fornecem tensões de 127 VRMS e 220 
VRMS (em algumas regiões) com frequência de 60 Hz, sendo esses valores de tensão 
muito altos para grande parte dos circuitos utilizados. Para abaixar a tensão da rede 
utiliza-se um transformador no circuito da fonte de alimentação de quase todos os 
equipamentos eletrônicos. O transformador abaixa a tensão da rede para um nível 
 
1
 A tensão de pico reversa (VR(P)) é a máxima tensão em polarização reversa que o diodo pode 
suportar. 
2
 Máxima corrente direta média (IO), que é a máxima corrente direta que o diodo pode suportar sem 
ser danificado. 
 
15 
seguro e mais adequado para o uso de dispositivos eletrônicos. (Malvino & Bates, 
Transformador, 2007) 
 
Figura 13 Kit de transformadores disponível no laboratório 
Basicamente, um transformador é formado por um enrolamento constituído de 
várias bobinas; um núcleo composto de material ferromagnético. No caso do 
transformador utilizado, ele possui dois enrolamentos que são chamados de primário 
e secundário. Por ser um transformador abaixador 3, o primário deve ser ligado na 
rede elétrica e o secundário no circuito a ser alimentado. 
 
Figura 14 Símbolo do transformador 
3.3.5.1 Cálculos 
 
 
Para descobrir a tensão de pico do secundário (V2(p)), multiplica-se a tensão 
eficaz do secundário do transformador por √2: 
 
 
 
 
3
 Isso significa que o transformador abaixador produzirá uma tensão no secundário menor do que a 
do primário. 
16 
A relação de espiras e a tensão podem ser comparadas da seguinte forma: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Isso mostra que a relação de espiras é diretamente proporcional a tensão de 
entrada e de saída do transformador.Figura 15 Configuração final da fonte CC projetada 
 
3.4 SIMULAÇÃO NO PROTEUS 
O projeto da fonte CC regulada foi dividido em duas partes: a primeira foi a 
montagem do regulador a Zener e a segunda, foi a montagem do circuito completo. 
A simulação de circuitos em softwares como o PROTEUS é essencial para 
saber valores aproximados que serão encontrados na prática e prever possíveis 
erros de componentes etc. 
Além das imagens obtidas das simulações foram utilizadas tabelas para 
facilitar a visualização dos valores e seus respectivos parâmetros. 
 
17 
3.4.1 Regulador de tensão a Zener 
A primeira simulação teve o objetivo de confirmar o que a teoria diz à respeito 
das características do diodo Zener e de um circuito regulador de tensão a Zener. 
Para isso foram simuladas a seguintes situações: 
3.4.1.1VE=VMÍN, com a carga 
 
Figura 16 Simulação da situação VE=VMÍN, com a carga 
Tabela 5 Valores simulados da situação VE=VMÍN com a carga 
Parâmetros Representação Simulado 
Tensão na saída (carga) VRL (V) 5,70 V 
Corrente na saída (carga) IRL (mA) 259 mA 
Corrente no diodo Zener IZ (mA) 201 mA 
 
3.4.1.2 VE=VMÁX, com a carga; 
 
Figura 17 Simulação da situação VE=VMÁX, com a carga 
Tabela 6 Valores simulados da situação VE=VMÁX com a carga 
Parâmetros Representação Simulado 
Tensão na saída (carga) VRL (V) 6,51 V 
18 
Corrente na saída (carga) IRL (mA) 296 mA 
Corrente no diodo Zener IZ (mA) 302 mA 
 
3.4.1.3 VE=VMÍN, sem a carga 
 
Figura 18 Simulação da situação VE=VMÍN sem a carga 
Tabela 7 Valores simulados da situação VE=VMÍN sem a carga 
Parâmetros Representação Simulado 
Tensão na saída (carga) VRL (V) 6,35 V 
Corrente na saída (carga) IRL (mA) 0 mA 
Corrente no diodo Zener IZ (mA) 329 mA 
 
3.4.1.4 VE=VMÁX, sem a carga 
 
Figura 19 Simulação da situação VE=VMÁX sem a carga 
Tabela 8 Valores simulados da situação VE=VMÁX sem a carga 
Parâmetros Representação Simulado 
Tensão na saída (carga) VRL (V) 7,11 V 
19 
Corrente na saída (carga) IRL (mA) 0 mA 
Corrente no diodo Zener IZ (mA) 478 mA 
 
3.4.2 Circuito da fonte CC completa 
A segunda simulação teve o objetivo de confirmar o que a teoria diz à respeito 
do transformador (abaixador de tensão); da ponte retificadora; do filtro capacitivo e 
do regulador a Zener (conectado ao circuito). Para isso, foram simuladas a seguintes 
situações: 
3.4.2.1 Funcionamento com a carga 
 
Figura 20 Simulação da situação da fonte CC completa com a carga
 
Figura 21 Tensão no secundário do transformador 
20 
 
Figura 22 Tensão na saída do filtro capacitivo 
 
Figura 23 Tensão na saída (carga) 
Tabela 9 Valores calculados e simulados da fonte CC completa com a carga 
Grandeza Representação Simulado 
Tensão média no filtro VF (m) 8,01 V 
Tensão eficaz no filtro VF (RMS) 
Tensão de ondulação eficaz no filtro VFond(RMS) 0,37 V 
Tensão de ondulação pico a pico no filtro VFond(pp) 
Tensão média na saída VRL (m) 5,84 V 
Tensão eficaz na saída VRL (RMS) 
Tensão de ondulação eficaz na saída VRond(RMS) 5,95 V 
Tensão de ondulação pico a pico na saída VRond(pp) 
Corrente média no diodo Zener Iz (m) 230 mA 
21 
Corrente média na saída IRL (m) 270 mA 
 
3.4.2.2 Funcionamento sem a carga 
 
Figura 24 Simulação da fonte CC completa sem a carga 
 
Figura 25 Tensão no secundário do transformador 
 
Figura 26 Forma de onda de tensão na saída do filtro capacitivo (sem a carga) 
22 
Tabela 10 Valores calculados e simulados da fonte CC completa sem a carga 
Grandeza Representação Simulado 
Tensão média no filtro VF (m) 8,51 V 
Tensão eficaz no filtro VF (RMS) 
Tensão de ondulação eficaz no filtro VFond(RMS) 0,3 V 
Tensão de ondulação pico a pico no filtro VFond(pp) 
Tensão média na saída VRL (m) 6,61 V 
Tensão eficaz na saída VRL (RMS) 
Tensão de ondulação pico a pico na saída VRond(pp) 
Tensão de ondulação eficaz na saída VRond(RMS) 6,72 V 
Corrente média no diodo Zener Iz (m) 380 mA 
 
3.5 METODOLOGIA DE TESTES 
3.5.1 Regulador de tensão a Zener 
Nessa prática foi utilizada a fonte de corrente contínua disponível no 
laboratório da coordenação do curso técnico em Equipamentos Biomédicos. 
 
Figura 27 Fonte de tensão contínua utilizada na prática 
Utilizando-se um multímetro para medir a corrente e o osciloscópio para medir 
a tensão foram realizadas as medições necessárias. O osciloscópio foi utilizado para 
medir a tensão (foi colocado em paralelo ao ramo que seria medido) enquanto a 
corrente foi medida com o multímetro na opção amperímetro (foi colocado em série 
ao ramo que seria medido). 
Antes de começar a prática foi necessário ajustar a corrente de curto da fonte 
de tensão contínua para 800 mA (calculado na seção 3.3.2.1). Para isso, é 
necessário conectar os terminais positivo e negativo da fonte utilizando um cabo 
banana. 
23 
 
Figura 28 Corrente de curto ajustada de acordo com os cálculos 
Utilizando-se dos valores de entrada disponíveis na tabela 2 e os parâmetros do 
diodo Zener (tabela 3) foram realizadas quatro situações no circuito abaixo: 
 VE=VMÍN, com a carga; 
 VE=VMÁX, com a carga; 
 VE=VMÍN, sem a carga; 
 VE=VMÁX, sem a carga. 
 
Figura 29 Circuito montado na prática do regulador a Zener e ponta de prova do 
osciloscópio conectada em paralelo ao ramo a ser medido 
 
Figura 30 O circuito foi aberto em determinados ramos para a medição de corrente (com a 
carga) 
24 
Para as medições “sem a carga / a vazio”, a carga foi retirada do circuito, 
deixando o seu local aberto. A figura 31 mostra o circuito do regulador a Zener sem 
a carga: 
 
Figura 31 A carga foi retirada do circuito para realizar as medições a vazio 
3.5.2 Fonte CC completa 
Para essa montagem foram utilizados um osciloscópio digital e pontas de 
prova; a rede elétrica e o kit de transformadores. É muito importante ter atenção e 
cuidado durante esse procedimento, já que se está lidando com a tensão de rede, 
que pode matar um indivíduo. 
 
Figura 32 Osciloscópio e seus acessórios utilizados na prática 
Primeiramente, deve-se montar o circuito conforme mostra a configuração 
(figura 15), não se esquecendo de que um diodo da ponte equivale a dois diodos 
1N4007; a associação de capacitores deve ser conectada em paralelo para que as 
capacitâncias se somem e a carga deve ser conectada em paralelo ao regulador a 
Zener, e não em paralelo com o circuito. 
 
Figura 33 Circuito montado na prática 
25 
O teste de continuidade é importante para verificar se todos os componentes 
do circuito estão conectados de forma adequada. O teste de continuidade é indicado 
principalmente para grandes circuitos como o que foi montado. 
 
Figura 34 Teste de continuidade no circuito 
Depois de realizar a continuidade do circuito, utilizando o osciloscópio do 
laboratório foram feitas as medições necessárias de tensão e corrente para 
confirmar os valores calculados e simulados. Além disso, foram capturadas as 
formas de onda de tensão e corrente de cada bloco do circuito (figura 2). 
As medições de corrente foram feitas indiretamente utilizando um resistor de 
0,1 Ω/ 5 W. Para isso, o resistor foi conectado em série ao ramo do circuito que 
desejava-se obter o valor da corrente. Além disso, foi necessário ajustar a 
atenuação do osciloscópio de 10x 4 para 100x. Com isso, os valores e as formas de 
ondas obtidos seriam equivalentes aos da corrente. É importante ressaltar que 
depois, das medições de corrente é necessário voltar a atenuação para 10x. 
 
Figura 35 Resistorde 0,1 Ω/ 5 W conectado em série ao ramo a ser medido 
 
4
 Essa atenuação ocorre devido ao ajuste na ponta de prova do osciloscópio. 
26 
Os valores medidos apareceram na tela do osciloscópio, e ao longo da 
prática, conforme a demanda foram sendo alterados na opção “measure” e depois, 
no canal desejado (canal um ou dois). O osciloscópio utilizado na prática oferece 
diversos tipos de opções para medições, entre elas estão: RMS; frequência; tempo 
de subida; tempo de descida; valor médio; pico a pico; máximo; mínimo etc. 
 
27 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
4.1 REGULADOR A ZENER 
4.1.1 VE=VMÍN 
Tabela 11 VE=VMÍN, com a carga 
Parâmetros Representação Calculado Simulado Medido 
Tensão na saída (carga) VRL (V) 4,7 V 5,70 V 4,66 V 
Corrente na saída (carga) IRL (mA) 181,81 mA 259 mA 200 mA 
Corrente no diodo Zener IZ (mA) 618,1818 mA 201 mA 420 mA 
Tabela 12 VE=VMÍN sem a carga 
Parâmetros Representação Calculado Simulado Medido 
Tensão na saída (carga) VRL (V) 4,0 V 6,35 V 4,47 V 
Corrente na saída (carga) IRL (mA) 0 mA 0 mA 0 mA 
Corrente no diodo Zener IZ (mA) 800 mA 329 mA 630 mA 
 
 
Figura 36 Tensão medida na saída (VMÍN) 
4.1.2 VE=VMÁX 
Tabela 13 VE=VMÁX com a carga 
Parâmetros Representação Calculado Simulado Medido 
Tensão na saída (carga) VRL (V) 4,7 V 6,51 V 4,69 V 
Corrente na saída (carga) IRL (mA) 250 mA 290 mA 200 mA 
Corrente no diodo Zener IZ (mA) 550 mA 302 mA 590 mA 
 
 
 
28 
Tabela 14 VE=VMÁX sem a carga 
Parâmetros Representação Calculado Simulado Medido 
Tensão na saída (carga) VRL (V) 5,5 V 7,11 V 4,82 V 
Corrente na saída (carga) IRL (mA) 0 mA 0 mA 0 mA 
Corrente no diodo Zener IZ (mA) 800 mA 478 mA 800 mA 
 
 
Figura 37 Tensão medida na saída (VMÁX) 
4.2 FONTE CC COMPLETA 
4.2.2.1 Com a carga 
Tabela 15 Fonte CC completa valores calculados e medidos – carga plena 
Grandeza Representação Calculado Medido 
Tensão eficaz no secundário VS(Eficaz) 9 VRMS 9,22 VRMS 
Tensão de pico no secundário VS(p) 12,728 V 12 V 
Tensão reversa máxima no diodo VD-REV (p) 11,928 V 9,25 V 
Corrente média no diodo ID(m) 375 mA 434 mA 
 
Figura 38 Tensão no secundário do transformador 
29 
 
Figura 39 Tensão encontrada nos diodos retificadores da ponte (ferramenta “cursor” do 
osciloscópio) 
 
Figura 40 Medição da corrente utilizando o resistor de 0,1 Ω /5 W 
 
Figura 41 Corrente dos diodos retificadores da ponte 
30 
Tabela 16 Valores medidos, calculados e simulados do funcionamento da fonte CC 
completa – com a carga 
Grandeza Representação Calculado Simulado Medido 
Tensão média no filtro VF (m) 8,778 V 8,01 V 7,56 V 
Tensão eficaz no filtro VF (RMS) 5,048 V 7,57 V 
Tensão de ondulação pico a pico no filtro VFOND (pp) 1,5 V 0,37 V 0,72 V 
Tensão de ondulação eficaz no filtro VFOND (RMS) 0,433 V 0,72 V 
Tensão média na saída (carga) VRL (m) 5 V 5,84 V 4,90 V 
Tensão eficaz na saída (carga) VRL (RMS) 3,535 V 4,90 V 
Tensão de ondulação pico a pico na saída VROND (pp) ---------------- 5,95 V 240 mV 
Tensão de ondulação eficaz na saída VROND (RMS) ---------------- ------------------------ 4,90 V 
Corrente média no diodo Zener IZ (m) 522,273 mA 230 mA 564 mA 
Corrente média na saída (carga) IRL (m) 750 mA 270 mA 433 mA 
 
Figura 42 Tensão no filtro capacitivo 
 
Figura 43 Tensão na carga e no Zener 
31 
 
Figura 44 Corrente na carga 
 
Figura 45 Corrente no diodo Zener 
 
4.2.2.2 Sem a carga 
Tabela 17 Valores medidos e calculados do funcionamento da fonte CC completa – sem a 
carga 
Grandeza Representação Calculado Simulado Medido 
Tensão média no filtro VF (m) 8,778 V 8,51 V 7,6 V 
Tensão eficaz no filtro VF (RMS) 5,048 V 7,6 V 
Tensão de ondulação pico a pico no filtro VFond(pp) 1,5 V 0,3 V 0,72 V 
Tensão de ondulação eficaz no filtro VFond(RMS) 0,433 V 0,72 V 
Tensão média na saída VRL (m) 5 V 6,61 V 5,03 V 
Tensão eficaz na saída VRL (RMS) 3,535 V 5,03 V 
Tensão de ondulação pico a pico na saída VRond(pp) ---------------- 0,16 V 
Tensão de ondulação eficaz na saída VRond(RMS) ---------------- 6,72 V 0,16 V 
32 
Corrente média no diodo Zener Iz (m) 522,273 mA 380 mA 899 mA 
 
Figura 46 Tensão no filtro capacitivo 
 
Figura 47 Tensão na carga e no diodo Zener 
 
Figura 48 Corrente no diodo Zener - a vazio 
33 
4.3 RELAÇÃO ENTRE OS VALORES OBTIDOS 
A análise dos resultados calculados, simulados e medidos na prática é 
fundamental para a compreensão da diferença entre a teoria e a prática. 
Ao comparar os valores calculados, medidos e simulados pôde-se notar 
disparidade entre os resultados. Isso aconteceu devido a diversos fatores. São eles: 
 Desgaste dos dispositivos eletrônicos: na medida em que os componentes 
vão “envelhecendo” seus valores de parâmetros sofrem uma variação em 
função do deterioramento do material que os constitui. Um exemplo prático foi 
a tensão de saída do secundário do transformador que durante a medição 
obteve um valor diferente do valor especificado pelo fabricante; 
 Adaptações: na teoria encontrou-se um valor de resistor que não exista no 
mercado de componentes eletrônicos. Para contornar a situação, foi-se 
adaptado o valor calculado de 5,882 Ω para uma associação em paralelo de 
dois resistores de 10 Ω. Além dessa adaptação, os resistores utilizados 
estavam desgastados em virtude de outras atividades realizadas no 
laboratório. 
 Softwares de simulações: mesmo sendo muito úteis para a prática da 
eletrônica e dos circuitos elétricos, os softwares de simulação, como por 
exemplo, o PROTEUS, durante a simulação não preveem parâmetros 
parasitas dos componentes (como exemplo uma resistência em série com a 
associação de capacitores). Outro fator é a flutuação da tensão da rede 
elétrica, que durante um intervalo de tempo, varia a tensão fornecida ao 
consumidor. Por isso, houveram algumas discordâncias em relação a 
resultados calculados e simulados. Além disso, a ferramenta do “osciloscópio 
digital” não possuía a opção de escolha de valores a serem medidos como 
RMS, pico a pico, médio, mínimo, máximo etc. Isso dificultou a comparação 
dos valores obtidos. Em algumas vezes, os valores foram obtidos de forma 
indireta como, por exemplo, o valor eficaz que foi achado através da fórmula 
 
 
 
 
 
 
 
 
34 
4.4 QUESTIONÁRIOS 
 
4.4.1 Regulador de tensão a Zener 
 Defina “Regulação de Carga” e “Regulação de Tensão” para fontes de tensão 
CC 
Regulação de Carga é o fator que determina a quantidade de variação entre 
as condições com carga e sem carga. Regulação de tensão é a relação percentual 
entre a variação da tensão de saída e a tensão nominal de saída, quando a corrente 
da saída varia de zero até o valor nominal. 
 Calcule a Regulação de Carga para a fonte montada nessa prática 
Onde: Vo = Tensão de saída a vazio. 
VRL = Tensão de saída na carga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A fonte projetada e montada atende aos requisitos propostos como objetivos? 
Justifique. 
A fonte projetada e montada atende aos requisitos propostos como objetivos. 
Variamos a tensão de entrada entre 8 V e 9,5 V e obtivemos tensão próxima de 5V 
na saída do regulador a Zener. 
 
4.4.2 Fonte CC completa 
 Considerando a corrente de surto nos diodos da ponte na condição de carga 
plena, bem como o valor máximo deste parâmetro indicado no datasheet do 
diodo 1N4007, pode-se dizer que este diodo está adequado para essa fonte 
CC ou não? Justifique. 
O diodo 1N4007atende as necessidades, pois os valores dos parâmetros são 
maiores do que os valores calculados de mínimos necessários. A Tensão Reversa 
máxima (VR(P)) do diodo deve ser maior ou igual a 12,7 V. A Tensão Reversa 
máxima que o diodo suporta é de 1000 V. Além disso, a Corrente Direta Média 
35 
calculada que o diodo deve suportar é de acima de 375 mA , Conforme o datasheet, 
o 1N4007 suporta 30 A. 
 
 O que aconteceu com a tensão média na saída da fonte quando a carga foi 
removida? Este resultado está de acordo com o comportamento esperado 
para o circuito? 
A tensão média na saída aumentou quando o circuito estava a vazio. Esse 
resultado está de acordo com o comportamento esperado, pois quando a carga é 
retirada a corrente que deveria passar por ela, passa pelo Zener. Como esta é 
diretamente proporcional a tensão, o valor de tensão aumenta. 
 O fator de ripple é dado pela razão entre a tensão de ondulação eficaz e a 
tensão média na carga, multiplicada por 100 (para se obter um valor em 
porcentagem). Calcule o fator de ripple para a tensão de saída, em carga 
máxima. O que esse parâmetro indica quanto à qualidade da tensão de saída 
da fonte? Atendeu-se ao requisito de 1% do fator de ripple para a fonte 
projetada? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O retificador ideal é o retificador com fator de ondulação igual a zero. Ou seja, 
quanto menor o fator de ondulação, maior será a qualidade desse retificador. O fator 
de ondulação encontrado quase atendeu aos requisitos de 1%, pois obtivemos fator 
de ondulação igual a 1,386%. Isso significa que ainda há pouca componente CA 
com CC na saída. 
 
 O fator de regulação da fonte é dado pela diferença entre a tensão a vazio e a 
tensão a plena carga, dividia pela tensão à vazio, e multiplicando-se o 
resultado final por 100 (para se obter um valor em porcentagem). Calcule o 
fator de regulação deste circuito. O que esse parâmetro indica quanto à 
qualidade da tensão de saída da fonte? 
36 
 = tensão de saída, a vazio = tensão de saída na carga =Fator de regulação da fonte 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
5. CONCLUSÃO 
O projeto da disciplina prática de Eletrônica Analógica proposto pelo docente 
David Ávila foi um meio de colocar em prática os conhecimentos adquiridos em sala 
de aula. Este foi extremamente importante para uma visão mais progressista em 
relação a esse tipo de circuito e a outros que irão envolver métodos semelhantes. 
Durante a execução do projeto de fonte CC completa, pudemos enriquecer 
nossos métodos de cálculos teóricos, prática de montagens no protoboard, 
manuseamento do osciloscópio, identificação de erros e entendimento mais 
aprofundados de cada ramo do circuito. 
Deste modo, pode-se concluir que as experiências práticas absorvidas nesse 
projeto nos proporcionou uma base para parte da etapa da nossa formação 
profissional. 
Apesar das pequenas discordâncias entre teórico e prático, o projeto atendeu 
aos objetivos com sucesso. Conforme tais discordâncias, é importante ressaltar que 
um método de melhoria do projeto seria utilizar componentes novos, que não 
tivessem sua vida útil comprometida, pois os mesmos alteraram parte dos valores 
medidos e consequentemente, essa substituição por alguns componentes 
proporcionaria uma fonte CC completa com melhor desenvoltura. 
 
38 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
Ávila, D. M. (2016). Diodo Zener - aplicações. In: D. M. Ávila, Notas de aula 
de eletrônica analógica (p. 24). Belo Horizonte. 
Boylestad, R. L. (2013). Considerações gerais sobre filtros. In: R. L. 
Boylestad, Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos (p. 655). São Paulo: Pearson 
Education do Brasil. 
Malvino, A., & Bates, D. J. (2007). Interpretação das folhas de dados. In: A. 
Malvino, & D. J. Bates, Eletrônica - Volume 1 (p. 74). Porto Alegre: AMGH. 
Malvino, A., & Bates, D. J. (2007). Resistor de surto. In: A. Malvino, & D. J. 
Bates, Eletrônica - Volume 1 (p. 113). Porto Alegre: AMGH. 
Malvino, A., & Bates, D. J. (2007). Transformador. In: A. Malvino, & D. J. 
Bates, Eletrônica - Volume 1 (p. 93). Porto Alegre: AMGH. 
Zanetti, R., & Ávila, D. M. (2016). Laboratório de Eletrônica Analógica. Belo 
Horizonte. 
Aulas de Eletrônica Analógica ministradas pelo professor David Mattos de 
Andrade Ávila. 
Imagens: arquivo pessoal e roteiros de laboratório de Eletrônica Analógica.