FONTE DE TENSÃO DC
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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ
FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA
FONTE DE TENSÃO DC
DIORGE DE SOUZA LIMA - 10134000618
SAMARA PEREIRA DA SILVA – 10134002318
VANESSA MENEZES RAMOS – 10134000318
TUCURUÍ – PARÁ
20121
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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ
FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA
FONTE DE TENSÃO DC
TUCURUÍ – PARÁ
20122
Relatório apresentado ao professor
Ewerton Granhen como requisito de
avaliação da disciplina de Laboratório
de Eletrônica Analógica I.
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RESUMO
Este relatório contemplará uma experiência realizada em laboratório, na qual depois de
realizado cálculos para a determinação do valor da resistência R, montou uma fonte de tensão
em corrente continua para contemplar assuntos envolvendo transformadores, pontes
retificadoras e diodo zener além de elementos já conhecidos como resistências e capacitores.
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LISTA DE FIGURA
Figura 1: Diagrama de blocos - Fonte de Alimentação.............................................................7
Figura 2: Simbologia do transformador e curva característica...................................................7
Figura 3: Capacitor presente no circuito e saída filtrada............................................................8
Figura 4: Simbologia do capacitor e gráfico da retificação........................................................8
Figura 5: Circuito a ser montado..............................................................................................13
Figura 6: Tensão de ondulação na carga...................................................................................14
Figura 7: Tensão de oscilação no capacitor..............................................................................14
Figura 8: Circuito montado em software para simulação.........................................................15
Figura 9: Tensões assinadas no circuito simulado....................................................................15
Figura 10: Correntes assinadas no circuito simulado...............................................................16
Figura 11: Potências assinaladas no circuito montado.............................................................17
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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 06
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 07
EXPERIÊNCIA 1: FONTE DE TENSÃO DC 10
MATERIAIS 10
MÉTODOS 10
RESULTADO E DISCUSSÕES 13
CONCLUSÃO 18
BIBLIOGRAFIA 19
5
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INTRODUÇÃO
As fontes de alimentação constituem uma das etapas básicas dos equipamentos
elétricos e/ou eletrônicos. A função dessa etapa inicial é interligar a tensão elétrica fornecida
pela rede domiciliar/industrial com as tensões adequadas às demais etapas do equipamento.
No caso de fonte de tensão em corrente continua uma das etapas primordiais é a retificação
da corrente alternada fornecida pela rede.
A experiência que será exposta aqui se trata exatamente do assunto fonte de
alimentação na qual se utilizou de um transformador rebaixado 110v/9v e outros componentes
para retificar esta tensão AC fornecida pelo mesmo, entretanto antes de mostrar os resultados
obtidos iremos primeiramente fazer uma fundamentação teórica e em seguida expor os
materiais e métodos utilizados durante a experiência.
.
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FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Uma fonte básica simples (ou linear, como dizem os mais teóricos) é, via de regra,
constituída por 4 blocos, conforme Figura 1, cada um com sua finalidade específica.
Bloco 1 - Transformador : Altera os parâmetros 'tensão e corrente' de entrada AC para
outro(s) valor(es) de 'tensão e corrente' de saída AC. Um dado valor de tensão de saída AC
podem ser maior, igual ou menor que a tensão de entrada AC.
Bloco 2 - Retificação: Retifica os pulsos de saída do transformador, produzindo uma nova
saída polarizada, pulsante, CC.
Bloco 3 - Filtragem: Filtra a tensão pulsante de saída do bloco retificador eliminando boa
parte de sua pulsação.
Bloco 4 - Regulagem: Regula eletronicamente a saída do bloco de filtragem de modo a se
obter uma tensão contínua e constante. Esse bloco pode incluir uma proteção contra
diversos 'aborrecimentos, como veremos ao final.
Transformador abaixador de tensão
A Figura 2 mostra a simbologia, a curva característica e os parâmetros envolvidos
num transformador abaixador de tensão.
7
Figura 1: Diagrama de blocos - Fonte de Alimentação.
Figura 2: Simbologia do transformador e curva característica.
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Uma ponte retificadora consta de 4 diodos retificadores reunidos num só invólucro,
com 2 terminais marcados "~" para a entrada AC e 2 terminais marcados com "+" e "-" para a
saída polarizada CC. A ponte retifica os dois semiciclos da tensão alternada, por isso o nome
'retificação em onda-completa'. Da tensão de entrada na ponte, perde-se 1,4 V, porque cada
diodo determina uma queda de potencial elétrico de 0,7 V (típica da junção PN de silício); e
há sempre 2 diodos em condução em cada semiciclo.
Como os diodos devem suportar os picos de tensão, a ponte deve suportar, pelo
menos, três vezes a tensão RMS da saída do transformador.
Efeito da filtragem
Filtragem na verdade é um jargão eletrônico para a ação de um componente cuja
finalidade é 'acumular cargas elétricas', fornecendo-as quando necessário. Quem age aqui
como reservatório de cargas é um capacitor de grande capacitância, notadamente o capacitor
eletrolítico. A Figura 3 mostra o capacitor inserido no circuito.
A ação do capacitor de filtragem é suavizar os 'solavancos' dos semiciclos provenientes da
retificação, convertendo-os em um fornecimento 'mais contínuo' de cargas elétricas. A
Figura 4 destaca a tensão 'não filtrada' , em linha pontilhada, e a CC suavizada, destacada na
figura em linha sólida.
8
Figura 3: Capacitor presente no circuito e saída filtrada.
Figura 4: Simbologia do capacitor e gráfico da retificação.
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Diodo Zener
Diodo Zener é um tipo de diodo projetado para trabalhar na região de avalanche, ou
seja na região de ruptura de tensão reversa da junção PN. O diodo Zener pode funcionar
polarizado diretamente ou indiretamente. Um diodo comum polarizado inversamente
praticamente não conduz.
Existe uma pequena corrente inversa, chamada de saturação e devida unicamente à
geração de pares de elétron-lacuna na região de carga espacial, à temperatura ambiente. No
diodo Zener acontece a mesma coisa. A diferença entre os dois tipos de diodo é que, no diodo
convencional, ao se atingir uma determinada tensão inversa, cujo valor depende do diodo, este
aumenta bruscamente a condução (avalanche) e a corrente elevada acaba por destruir o diodo,
não sendo possível inverter o processo.
Por outro lado, no diodo Zener, ao se atingir uma tensão reversa denominada tensão
Zener, o diodo aumenta a condução sem se destruir e mantém constante a tensão entre seus
terminais. Existem várias tensões de Zener (uma para cada diodo) como, por exemplo, 5,1 V e
6,3 V.
Quanto ao valor da corrente máxima admissível, existem vários tipos de diodo. O
valor indicado é o da potência. Por exemplo, existem diodos Zener de 400 mW, 1 W além de
outros valores. O valor da corrente máxima admissível depende desta potência e da tensão de
Zener. É por isso que o diodo Zener se encontra normalmente associado com uma resistência
em série, destinada precisamente a limitar a corrente a um valor admissível.
Cálculos
Para calcular o resistor R da fonte de tensão DC, utilizam-se as seguintes equações.
V Cmim=V S−2V D−V r
Equação 1
ILmáx=V ZRL Equação 2
R=V Cmim−V ZIZmin+ ILmáx Equação 3
9
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Para verificar a máxima potência dissipada em R, usa-se a
PR=R( IZmim+ I Lmáx )2
Equação 4
Para calcular a tensão de ondulação para o resistor escolhido sabendo-se que a frequência da rede é de 60Hz.
V Cp=V S−2V D
Equação 5
V r=V Cp−V Z
2 fCR Equação 6
EXPERIÊNCIA 1: FONTE DE TENSÃO DC
MATERIAIS
01 Capacitor de 470 μF
01 Diodo Zener
01 Osciloscópio
01 Protoboard
01 Ponte Retificadora
03 Resistência de 1KΩ
METODOLOGIA
Para realizar-se essa experiência procedeu-se da seguinte maneira: observou-se que
para a montagem do circuito se necessitava calcular o valor do resistor R, na Figura 5. Para
isso se utilizou da Equação 1 e
Equação 2 para calcular primeiramente V Cmim e
ILmáx , respectivamente, necessários para obter o valor de R através da
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Equação 3 . Assim, mediu-se o valor de V S que
corresponde ao valor de 10 ,28V e calculou-se o V Cmimconsiderando V D=0,7V e V r=1V ,
conforme sugestão do roteiro, utilizando-se da Equação 1.
V Cmim=10 ,28√2−2x 0,7−1=12 ,1381V Equação 7
Observa-se que o valor 10 ,28V correspondente ao V S foi multiplicado por √2devido
o mesmo ser o valor eficaz ou RMS, no entanto nas equações não se utiliza esta forma.
Depois de calculado o valor de V Cmim , calculou-se o valor de ILmáx considerando
V L=5,6V e RL=1KΩ=1000Ω . Foi considerado este valor para RL , porque não havia o valor
de resistência sugerido no roteiro que correspondia a 820Ω .
ILmáx=5,6
1000=5,6 x10−3 A=5,6mA
Equação 8
Por seguinte, temos que os valores calculados de V Cmim=12 ,1381V e ILmáx=5,6mA , o
V Z=5,6V definido pelo tipo de diodo e seguindo a sugestão do roteiro de considerar
2mA≤I Zmin≥5mA, optou-se pelo valor de
5mA . Sendo assim:
R=12,1381−5,6
5 x10−3+5,6 x10−3= 6 ,5381
10 ,6 x103=616 ,8Ω
Equação 9
Feito isso, pode-se verificar a máxima potencia dissipada em R. Utilizou-se, portanto,
Equação 4.
PR=R( IZmim+ I Lmáx )2=616 ,8 (5 x 10−3+5,6 x 10−3 )2
Equação 10
PR=616 ,8 x1 ,124 x10−4=69 ,3mW . Equação 11
11
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Para calcular a tensão de ondulação do resistor R sabendo que a frequência de rede é
60Hz e o capacitor é de 1000 μF , utilizou-se da
Equação 6 sendo que primeiramente calculou se a
Equação 5.
V Cp=10 ,28√2−2 x0,7=13 ,1381V Equação 12
V r=13 ,1381−5,6
2 x60 x1000 x10−6 x 616 ,8 Equação 13
V r=7 ,538174 ,016 Equação 14
V r=0 ,1018V Equação 15
Depois de realizados essa etapa de cálculos, partiu-se para a separação dos
componentes necessários para a montagem do circuito, porém percebeu-se que não haveria a
resistência R no valor calculado. Para resolver esta situação fez-se uma associação paralelo de
duas resistências de 1KΩ=1000Ωpara obtermos um valor aproximado de 500Ω .
Como se utilizou uma resistência R diferente da já calculada, realizou novos cálculos
para saber teoricamente como o circuito irá se comportar. Assim, novamente calculou-se a
potência dissipada e a tensão de ondulação para o novo resistor R. Lembrando que para
calcular a potência dissipada necessita-se, além do valor de R, o valor de IZmime ILmáx os quais
não serão mudados devido ao novo valor de resistência. Portanto,
PR=56 ,18 x10−3W Equação 17
Para o novo calculo de da tensão de ondulação somente irá mudar o valor da
resistência no calculo:
12
Equação 16
DCp VVVS
2
PR=500(5 x10−3+5,6 x10−3 )2
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V r=13 ,1381−5,6
2 x60 x1000 x10−6 x500 Equação 18
V r=0. 125635V Equação 19
Após os novos cálculos e separados os componentes, realizou-se a medição dos
valores dos mesmos. O capacitor não pôde ser medido devido à escala do multímetro não
permitir tal medição. Quanto as resistência, os valores foram RL=986Ω eR=986 // 983 . Na
pratica, o valor medido para o paralelo das resistências foi 492Ω .
Assim, pôde-se montar o circuito conforme o esquema da Figura 5.
Depois de montado o circuito, partiu-se para a etapa das medições para a confirmação
dos resultados calculados e novos valores.
Para medir a tensão de ondulação na carga e no capacitor necessitou-se do auxilio do
osciloscópio, o qual foi conectado primeiramente entre o capacitor e a resistência R e se
verificou o valor correspondente à tensão neste ponto. A segunda medição foi para a detecção
do valor de tensão na carga.
Realizada esta etapa com o osciloscópio, utilizou-se do multímetro na função
voltímetro para realizar a medição da tensão na carga. Em seguida, utilizou a função
amperímetro para realizar a medição da corrente na carga e do diodo zener.
Obtida essas medições, substituiu-se a resistência RLda carga por outra resistência de
valor 330Ωqual a influencia de tal mudança. Realizou-se novamente a medição na tensão na
carga.
RESULTADO E DISCUSSÕES
13
Figura 5: Circuito a ser montado.
![Page 14: FONTE DE TENSÃO DC](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052322/5572138c497959fc0b928409/html5/thumbnails/14.jpg)
A partir dos cálculos e
medições realizadas chegou-
se a resultados os quais serão
discutidos a seguir.
Primeiramente,
com relação aos dois valores
medidos com auxilio do
osciloscópio pôde-se verificar
que para V r se obteve 2 ,64mV pico a pico, conforme Figura 6.
Para a tensão de oscilação no capacitor foi obtido à curva mostrada na Figura 7 cujo
valor de tensão pico a pico é 84 ,8mV.
14
Figura 6: Tensão de ondulação na carga.
![Page 15: FONTE DE TENSÃO DC](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052322/5572138c497959fc0b928409/html5/thumbnails/15.jpg)
Os valores de correntes DC para a carga e no diodo zener são de 5 ,68mA e 8,3mA ,
respectivamente.
A tensão em corrente continua medida na carga com o voltímetro corresponde a
exatamente 5,6V que era o valor esperado, no entanto para comprovar que o valor da
resistência da carga influencia na no valor de tensão, substituímos a resistência da carga RL
que possuía o valor de 492Ω por uma resistência de 323Ω reais cujo valor comercial é
330Ω . Quando efetuado esta substituição, percebeu-se a tensão DC na carga diminuiu para
4 ,39V . Esse é um comportamento esperado já que diminuindo o valor da resistência diminui
também o valor da tensão já que as mesmas são diretamente proporcionais.
Terminada esta etapa de medições, foi realizada uma simulação em software e
comparado os valores.
O software utilizado foi o pacote PSpace da Família ORCAD o qual permite a
simulação de circuito fornecendo os valores de tensão, corrente e potência que serão usados
para fazer uma comparação entre os valores obtidos teoricamente através dos cálculos e
também os medidos na pratica.
Sendo assim, para torna o resultado simulado mais realista utilizou-se os valores reais
dos componentes, ou seja, os medidos com auxilio do multímetro e não o seu valor comercial.
O circuito montado no software corresponde somente à parte já retificada. Para isso,
ao invés de haver o transformador com a ponte retificado, foi colocado somente uma fonte
com o valor exato de V S medido que corresponde ao valor de 10 ,28V
.
Em paralelo com a fonte foi colocado o capacitor de 470 μF e por diante as
resistências R=492Ω e RL=986Ω e o diodo zener 1N4743, conforme Figura 8.
15
Figura 7: Tensão de oscilação no capacitor.
![Page 16: FONTE DE TENSÃO DC](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052322/5572138c497959fc0b928409/html5/thumbnails/16.jpg)
Figura 8: Circuito montado em software para simulação.
Quando realizado a simulação obteve-se para a tensão medida na carga o valor de
5 ,525V enquanto o medido na pratica pelo voltímetro foi de
5,6Vo que corresponde ao erro
de
1,339%. A simulação mostrando os pontes de tensões pode ser visualizado na Figura 9.
Realizou-se também uma simulação para obter as correntes ILmáx
e IZmin
. Os valores
encontrados para ILmáx
foi 5,603mA e para IZmin
foi 4,062mA. O que corresponde com os
16
Figura 9: Tensões assinadas no circuito simulado.
![Page 17: FONTE DE TENSÃO DC](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052322/5572138c497959fc0b928409/html5/thumbnails/17.jpg)
valores calculados já que nos utilizando os dados numéricos teóricos obteve-se ILmáx=5,6mA
e para IZmin
foi considerado 5mA , porém poderia ser qualquer valor entre a faixa de 2mA a 5mA ,
ou seja, 2mA≤I Zmin≥5mA.
Sendo assim, para as correntes os valores simulados são exatamente semelhantes aos
calculados. As correntes ILmáx
e IZmin
e as demais correntes dos circuitos podem ser
visualizadas na Figura 10.
Em seguida, realizou-se a simulação para obter a máxima potencia dissipada pelo
resistor R. O valor encontrado foi 45,96mW enquanto o valor calculado foi de 56,18mW o
17
Figura 10: Correntes assinadas no circuito simulado.
![Page 18: FONTE DE TENSÃO DC](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052322/5572138c497959fc0b928409/html5/thumbnails/18.jpg)
que corresponde a um erro de 18,19%, porém para calcular esse valor da potencia considerou-
se
IZmin=5mA. Se considerarmos o valor de
IZmin=4mA, teremos segundo a
Equação 4.
PR=R( IZmim+ I Lmáx )2=492(4 x 10−3+5,6 x 10−3 )2
Equação 20
PR=492 x (9,6 x10−3 )2=45 ,34mW . Equação 21
Para este novo valor o erro é de somente 1,349% . As demais potencias do circuito podem ser visualizadas na Figura 11.
18
Figura
11: Potências assinaladas no circuito montado.
![Page 19: FONTE DE TENSÃO DC](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052322/5572138c497959fc0b928409/html5/thumbnails/19.jpg)
CONCLUSÃO
Ao fim da experiência realizada, concluiu-se que se obtiveram bons resultados devido
aos valores semelhantes obtidos através de cálculos teóricos, simulações e medições. Além do
que a experiência foi importante para o conhecimento pratico de construção de uma fonte de
tensão, operação e funcionamento de componente como o diodo zener e a ponte retificadora.
Por se tratar de uma fonte de baixa complexibilidade, podem-se observar claramente
as etapas que constituem uma fonte de tensão em corrente continua, como: a do
transformador, da retificação e da filtragem. Porem, neste circuito não houve a regulagem
nem mesmo através de transistores.
19
![Page 20: FONTE DE TENSÃO DC](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052322/5572138c497959fc0b928409/html5/thumbnails/20.jpg)
REFERÊNCIAS
DUARTE, Gustavo; LIMA, Leandro. Fonte linear e estabilizada. Disponível em:
<http://pt.scribd.com/doc/49125571/Relatorio-Fonte-de-Alimentacao-do-Tipo-Linear>
Acesso em 06 out 2012.
SEDRA, Adel S. & SMITH, Kenneth C. Microeletrônica. 4.ed. Sao Paulo: Pearson Markron
Books, 2000.
20