Unidade II

Prévia do material em texto

Análise de Circuitos 
Eletrônicos
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Esp. Elvis Luiz dos Santos
Revisão Textual:
Prof. Esp. Claudio Pereira do Nascimento
Reguladores de Tensão
• Reguladores de Tensão Discretos e Monolíticos;
• Reguladores de Tensão Discretos;
• Reguladores de Tensão Monolíticos;
• Simulação Computacional.
• Estudar os reguladores de tensão.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Reguladores de Tensão
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas:
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos 
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam-
bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua 
interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de 
aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Reguladores de Tensão
Reguladores de Tensão 
Discretos e Monolíticos
Figura 1 - Circuito regulador discreto
Fonte: Acervo do conteudista
Regulador monolítico: http://bit.ly/2VoyttM 
Ex
pl
or
Para cada tipo de aparelho ou equipamentos eletrônicos existe um regulador de 
tensão diferente, conectado a uma fonte de tensão, dentro do mesmo circuito ou não, 
em sua etapa de saída, estes reguladores podem estar em pontos diferentes no cir-
cuito dos equipamentos, dependendo do valor de tensão necessário em cada ponto.
Entende-se por regulação a capacidade que o circuito regulador de uma fonte 
de alimentação tem em manter a tensão de saída de uma fonte o mais constante 
possível, indiferente das variações que possam ocorrer na saída, estas variações 
podem ser:
a) Variação de carga: Se nos lembrar-nos da Lei de Ohm, podemos 
entender facilmente esta característica, pois se uma fonte de tensão foi 
projetada por exemplo para uma tensão de saída (VS) de 12VDC/2A, 
podemos, de uma forma direta, imaginar que o valor máximo de cor-
rente que a carga (RL) ligada a esta fonte pode consumir (IS) seria de 
2A. Ao ultrapassar este valor ou mesmo ao se aproximar deste valor 
de corrente (devemos lembrar que uma fonte de alimentação real possui 
perdas internas que também consomem parte da corrente), nota-se uma 
queda da tensão de saída (12VDC) conforme gráfico da figura 3. 
8
9
Manter esta tensão de saída estabilizada, mesmo com o consumo de corrente se 
aproximando do limite ou até mesmo desligando a saída da fonte se o consumo de 
corrente ultrapassar o limite, é função do circuito regulador de tensão.
 
Figura 2 - Reta de carga 
Fon te: Acervo do conteudista
Figura 3 - Fonte básica com regulador Monolítico
Fonte: Acervo do conteudista
b) Variação de linha (tensão de entrada AC): Em sua grande maioria 
as fontes DC são alimentadas diretamente na rede de energia fornecida 
pela concessionária de energia. A energia fornecida pode variar em 
+-10% do valor contratado, principalmente nos horários de pico. Como 
sabemos, a tensão entregue na saída de uma fonte DC entra por um 
transformador em AC (veja fi gura 3), é rebaixada por este componente, 
em seguida retifi cada pela ponte retifi cadora, fi ltrada pelo capacitor de 
fi ltro 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.
c) Variação da temperatura: A temperatura tem papel crucial no funcio-
namento dos equipamentos eletrônicos e não poderia ser diferente nas 
fontes de alimentação, principalmente os semicondutores e os capaci-
tores sofrem grandes alterações em seus funcionamentos, o que refl ete 
diretamente na tensão de saída da fonte de alimentação.
9
UNIDADE Reguladores de Tensão
Reguladores de Tensão Discretos
Reguladores de tensão discretos são circuitos eletrônicos que possuem a função de re-
gular a tensão de saída de uma fonte de alimentação ou similar, utilizando apenas compo-
nentes discretos, estão divididos em reguladores série e paralelo, como veremos a seguir.
Importante!
Componentes discretos são elementos encapsulados um a um (como os transístores, re-
sistores e díodos), já os componentes  integrados formam conjuntos mais complexos a 
partir da união decomponentes discretos.
Importante!
Regulador Paralelo
Este regulador paralelo é utilizado em circuitos onde a corrente de alimentação 
(IO) da carga (RL) conectado a ele não ultrapasse 1W, o circuito do regulador é 
composto por um resistor limitador do zener (RS) e um diodo zener ( DZ) que fara 
a regulação da tensão (VO), este circuito é acoplado a saída de uma fonte sem es-
tabilização (VI), como pode ser visto no circuito da figura 4:
VI
IZ
RS IO
VO
RL
DZ1
+
_
+
_
Figura 4 - Circuito regulador paralelo
Fonte: Acervo do conteudista
Podemos afirmar então que:
VO =VZ
VI =RS.(IZ+IO) + VO
Onde:
• VO = tensão de saída;
• VI = tensão de entrada;
• VI max = tensão de entrada máxima (+10%);
• VI min = tensão de entrada mínima (- 10%);
• VZ = tensão de Zener;
• IO = corrente de saída;
10
11
• IZ = corrente de Zener;
• RS = resistor limitador de zener;
• IZmax = Corrente de zener máxima;
• IZ min = Corrente de zener mínima;
• RS max = resistor limitador de zener máximo;
• RS min = resistor limitador de zener mínimo.
Quando observamos o funcionamento deste regulador, podemos notar que em 
caso de VI aumentar ou diminuir, o zener “mantém” a tensão de saída constante 
(devemos lembrar que o Zener possui uma IZ máxima que deve ser respeitado, des-
ta forma, se VI aumentar muito, o Zener pode queimar por superaquecimento), au-
mentando ou diminuindo a queda de tensão sobre o resistor RS, limitador de zener.
Agora vamos ver como projetar um regulador paralelo simples:
Digamos que você possui uma fonte não regulada com saída de 18VDC, consideran-
do por padrão que ela pode variar 10% para mais ou para menos, e pretende colocar um 
regulador na saída desta fonte para manter a tensão de saída em 15VDC / 50mA, você 
vai precisar então definir o valor de RS e as características do zener, que já sabemos deve 
ser de 15V / 0,5A e adotaremos uma potência (PZ) de 1W (como na figura 4).
Para tanto, devemos seguir os passos:
1. Valor de IZmax e IZmin, conforme manual do componente escolhido, visto 
abaixo na fi gura 5.
IZmax = 61mA
IZmin = IZ max 10 = 6,1mA
Explore este site onde poderá encontrar diversas características sobre o componente, que 
poderão lhe guiar em um possível projeto: https://bit.ly/2DuaNwOEx
pl
or
Figura 5 - Parte do manual do Zener do projeto
11
UNIDADE Reguladores de Tensão
2. Vamos agora calcular o resistor de RS máximo (RS max) e mínimo 
(RS min).RS max
IL IZmin
=
−
+
VImin VZ
=
16 2 15
0 05 0 0061
27 33,
, ,
,−
+
= Ω
RS min
IL IZmax
=
−
+
=
−
+
=
VImax VZ 19 8 15
0 05 0 061
43 24,
, ,
, Ω
Para o valor ideal de Rs devemos adotar o seguinte:
*Se quisermos um IZ baixo, alto rendimento e baixa regulação adotamos RS max.
*Se quisermos um IZ alto, baixo rendimento e alta regulação adotamos RS min .
Agora se a opção for pelo meio termo, adotamos um valor médio, por exemplo 
neste caso, 36Ω no valor comercial (35,28Ω calculado).
Assista este ótimo vídeo sobre como projetar um regulador paralelo. 
https://youtu.be/YrNqGry9BIUEx
pl
or
Regulador Série
Os reguladores em série são compostos por diodo zener e transistores, a ideia 
com esta configuração de regulador discreto é que seja possível trabalhar com va-
lores ainda maior de potência, entre 1 e 50W.
Podemos observar a seguir o circuito básico do regulador série:
Q1
2N3055
DZ1
RS
RLVI
VO
IB
VCE
Figura 6 - Circuito básico do regulador série
Fonte: Acervo do conteudista
Verificando o funcionamento do circuito anterior, podemos verificar que VO=VZ-VBE, 
sabendo-se que a tensão do zener VZ é sempre constante e que a tensão base – emissor 
VBE é sempre 0,7V, teremos que a saída VO é constante, mesmo que a tensão de entrada 
varie ou a corrente de saída aumente.
12
13
Calculo do regulador série em 4 passos:
1. Levantar as especificações: VI , VO e IOmáx.
2. Selecionar um transistor com as seguintes especificações:
Corrente de coletor: IC> IOmáx
Tensão coletor - emissor: VCE > VImáx-VO
Potência dissipada deve ser: PTmáx > (VImín-VO). IOmáx 
3. Escolha do zener: para o zener adotar VZ=VO+VBE 
4. Cálculo de RS:
a) Para se trabalhar com o zener na tensão de ruptura (IZmín):
RS
IZmín IBmax
�
�
VImín-VZ
 onde IBmax = 
IOmax
��1
b) Para a máxima transferência de potencio no transistor teremos:
RS
IZmax IBmin
�
�
�
VImax VZ
Reguladores de Tensão Monolíticos
Família 78XX e 79XX
Com a necessidade de diminuir o tamanho dos circuito e equipamentos, foi 
lançado mão da tecnologia dos circuitos integrados, onde vários componentes dis-
cretos são integrados a um único CI (circuito integrado), e não poderia ser diferente 
com as fontes de alimentação que estão presentes em quase todos equipamentos 
eletrônicos do mercado.
Para suprir a necessidade das fontes de alimentação, foi criado o regulador de 
tensão monolítico ou em formato de CI, estes novos componentes apresentam 
como vantagem:
• são compactos, pequenos e de baixo custo;
• usam dissipador de pequenas dimensões;
• são simples de projetar e usar;
• possuem incorporadas algumas proteções como corrente, temperatura;
• são ideais para regulação local fixa ou ajustável.
13
UNIDADE Reguladores de Tensão
A seguir podemos ver um regulador integrado por dentro e notar a quantidade 
de componentes discretos que o regulador possui.
VCE
VI
IBRS
VO
Q1
ZN3055
RL
DZ1
Figura 7 
Figura 8 - Esquema eletrônico dos reguladores da série 78xx
Fonte: Adaptado de hep.upenn.edu
Observe neste link o datasheet da família 78xx, https://bit.ly/2GBxGRc
Ex
pl
or
14
15
Para que possamos utilizar o regulador em nossos projetos, precisamos verificar 
e interpretar os dados contidos no datasheet, como os que seguem:
VO = é a tensão regulada nominal na saída;
IOmáx = é a corrente máxima que o regulador pode fornecer;
TJmáx = é a temperatura máxima na junção para o componente;
VImáx = é a tensão máxima que pode ser aplicada na entrada do regulador.
Estes reguladores integrados possuem uma tensão de saída predefinida, estão 
divididos em famílias que iniciam normalmente com os prefixos 78xx para os regu-
ladores de tensão positiva e 79xx para os reguladores de tensão negativa, a seguir 
temos alguns modelos de reguladores e suas principais características.
Os reguladores integrados devem ser ligados aos circuitos de fonte como 
segue abaixo:
Figura 9 - Confi gurações possíveis do regulador
Fonte: Acervo do conteudista
Reguladores Ajustáveis
Em algumas situações, os valores comerciais de reguladores não atendem a ne-
cessidade do nosso projeto, desta forma podemos optar por um regulador variável, 
que através de um potenciômetro conectado a ele permite o ajuste da tensão de 
saída entre 1,5 a 24V. Na figura 9 temos o esquema de ligação de um regulador 
de tensão ajustável. Este regulador pode ser também bastante útil quando se deseja 
montar uma fonte variável para uso em bancada.
Caso se necessite de uma maior corrente na saída do regulador, será necessário 
acrescentar um transistor ao arranjo, este novo circuito formado pelo transistor e 
regulador pode ter duas configurações:
1. sem proteção sobre corrente
IO = IT + IREG 
15
UNIDADE Reguladores de Tensão
Figura 10 - Regulador com saída de corrente elevada
Fonte: Acervo do conteudista
2. com proteção sobre corrente
Figura 11 - Regulador com saída de corrente protegida
Fonte: Acervo do conteudista
Figura 12 - Regulador variável LM317
16
17
Simulação Computacional
A simulação computacional, ou simulação, consiste na utilização de certas técni-
cas matemáticas, empregadas em computadores, as quais permitem imitar o fun-
cionamento de, praticamente qualquer tipo de operação ou processo do mundo 
real, ou seja, é o estudo do comportamento de sistemas reais através do exercício 
de modelos. Conforme Pegden (1990), a simulação é um processo de projetar um 
modelo computacional de um sistema real e conduzir experimentos com este mo-
delo com o propósito de entender seu comportamento e/ou avaliar estratégias para 
sua operação. 
Em resumo, a simulação na área de eletrônica permite ao técnico projetar e 
testar seu projeto sem a necessidade de fazer uma montagem com componentes 
reais e com grande nível de confiabilidade, os simuladores podem de forma geral 
simular circuitos eletrônicos, sejam eles didático, para estudo, transmissão de co-
nhecimentos, fazer pesquisa científica, projeto de produtos e instalações, prever 
falhas etc.
Entre os simuladores para a área de elétrica e eletrônica estão:
• Spice = https://www.pspice.com/
• Orcad/Pspice = https://bit.ly/2JpwHpV
• Multisim = https://www.multisim.com/
• Proteus = https://www.labcenter.com/
• Tina;
• Psim;
• Labview;
• Matlab;
• Scilab;
• Mathcad;
• Mathematica;
• Cadsimu;
• EasyEDA - simulador online e gratuito.
17
UNIDADE Reguladores de Tensão
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Laboratório de Eletricidade e Eletrônica
CAPUANO, F.G.; MARINO, M. A. M. Laboratório de Eletricidade e Eletrônica. 24. 
ed. São Paulo: Erica, 2007.
Introduction to Simulation Using SIMAN
PEGDEN, C.D., SHANNON, R.E.,SADOWSKI, R.P. Introduction to Simulation 
Using SIMAN, McGraw-Hill, New York, USA. v. 2. 1990.
Eletrônica analógica básica
DUARTE, Marcelo de Almeida. Eletrônica analógica básica. Coordenação Nival Nunes 
de Almeida. 1. ed. - Rio de Janeiro: LTC, 2017.
 Vídeos
Reguladores de Tensão
https://youtu.be/x2fjxInUbt4
O Regulador de Tensão
https://youtu.be/TCWJmu8duoE
Modelagem e Simulação - Motivação e Conceitos Iniciais
https://youtu.be/KYxcFDK9gLw
Proteus, básico de simulação e dicas
https://youtu.be/QCLHhV3oBNI
Introdução à Simulação de Circuitos Analógicos utilizando PROTEUS
https://youtu.be/vCdjchWyuDU
Crie sua própria placa de circuito impresso (pcb) de amplificador de áudio
https://youtu.be/Sjk61PuM5_s
 Leitura
Derating of Schottky Diodes 
https://bit.ly/2UTsHEc
18
19
Referências
CAPUANO, F.G.; MARINO, M. A. M. Laboratório de Eletricidade e Eletrônica. 
24. ed. São Paulo: Erica, 2007.
DUARTE, Marcelo de Almeida. Eletrônica analógica básica. Coordenação Nival 
Nunes de Almeida. 1. ed. - Rio de Janeiro: LTC, 2017
19