projeto de fontes de tensao

1. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia
Engenharia Industrial Elétrica
Taís Vieira Cananéa
PROJETO DE FONTES DE TENSÃO
Salvador, Bahia
Março de 2016

2. Taís Vieira Cananéa
PROJETO DE FONTES DE TENSÃO
Relatório apresentado como avaliação parcial
da disciplina de Eletrônica Geral I, do curso de
graduação em Engenharia Industrial Elétrica, do
Instituto Federal da Bahia - IFBA, sob orientação
da professora Maria das Graças Rego.
Salvador, Bahia
Março de 2016

3. Sumário
1. OBJETIVO ...........................................................................................................................4
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA ...................................................................................................5
3. MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................................................7
3.1 MATERIAIS.......................................................................................................................7
3.2 MÉTODOS........................................................................................................................7
3.2.1 EXPERIMENTO 1 ......................................................................................................7
3.2.2 EXPERIMENTO 2 ....................................................................................................10
4. CÁLCULOS .......................................................................................................................13
5. RESULTADOS..................................................................................................................14
6. CONCLUSÃO....................................................................................................................15
7. REFERÊNCIA BIBILIOGRÁFICA .....................................................................................16

4. 1. OBJETIVO
O experimento consiste em duas montagens. Na primeira montagem o objetivo é
a realização de uma fonte DC utilizando uma ponte retificadora de 4 diodos para uma
carga de 2,2KΩ. Obter um fator de ondulação de 0,5% utilizando um diodo Zener
(8.2V/0.5W) para estabilizar a tensão de saída em série com um LED Vermelho de
sinalização sendo alimentado por uma carga 3,3KΩ.
Na segunda etapa incrementamos o experimento utilizando um regulador de
tensão variável (LM317) e um potenciômetro de 40KΩ.

5. 2. INTRODUÇÃO TEÓRICA
O diodo Zener é um tipo especial de diodo que é constituído de silício otimizado
para operar na região de ruptura, por isso algumas vezes ele também é conhecido
como diodo de ruptura. É o elemento principal dos reguladores de tensão, é utilizado
para garantir que os circuitos mantenham a tensão na carga quase constante,
independentemente da alta variação de tensão de linha e na resistência da carga.
Figura 1 - Diodo Zener ideal Figura 2 - Diodo Zener real
Na figura 1 podemos considerar a região de ruptura como uma linha vertical. Isto
quer dizer que a tensão de saída (VZ) será sempre constante, embora haja uma
grande variação de corrente, o que equivale a ignorar a resistência zener.
Isto significa que num circuito o díodo zener pode ser substituído por uma fonte
de tensão com resistência interna nula.
Na figura 2 deve ser levada em consideração a resistência zener (RZ) em série
com uma bateria ideal. Isto significa que quanto maior for a corrente, esta resistência
produzirá uma queda de tensão maior.
Isto quer dizer que na região de ruptura a linha é ligeiramente inclinada, isto é, ao
variar a corrente haverá uma variação, embora muito pequena, da tensão de saída
(VZ). Essa variação da tensão de saída será tanto menor quanto menor for a
resistência de zener.

6. Figura 3 - Regulador de Tensão
Um diodo Zener às vezes também é chamado de diodo regulador de tensão, por
que ele mantém uma tensão de saída constante, embora haja uma variação de
corrente. Um resistor R em série é sempre usado para limitar a corrente de Zener em
um valor abaixo de sua corrente máxima nominal. Caso contrário, o diodo Zener
queimaria como qualquer outro dispositivo submetido a uma potência muito alta.
O díodo retificador se comportava quase como isolador quando a polarização era
inversa. O mesmo se passa com o díodo Zener até um determinado valor da tensão
(VZ), a partir do qual ele começa a conduzir fortemente. Essa explicação é dada pela
teoria do efeito de Zener e o efeito de avalanche.
Efeito de Zener – ao aplicar ao díodo uma tensão inversa de determinado valor
(VZ) é rompida a estrutura atómica do díodo e vencida a zona neutra, originando assim
a corrente eléctrica inversa. Este efeito verifica-se geralmente para tensões inversas
VR <5 Volt e o seu valor pode ser variado através do grau de dopagem (percentagem
de impurezas) do silício ou do germânio.
Efeito de avalanche – Para tensões inversas VR >7 Volt, a condução do díodo é
explicada exclusivamente pelo efeito de avalanche. Quando se aumenta o valor da
tensão inversa, aumenta também a velocidade das cargas elétricas. A velocidade
atingida pode ser suficiente para libertar elétrons dos átomos semicondutores, através
do choque. Estes novos elétrons libertados e acelerados libertam outros, originando
uma reação em cadeia, à qual se dá o nome de efeito de avalanche.
Para tensões inversas VR, entre 5V e 7V, a condução do díodo é explicada
cumulativamente pelos dois efeitos (efeito de Zener e efeito de avalanche).

7. 3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 MATERIAIS
 1 transformador abaixador de tensão (127/16 Vrms)
 1 retificador AC/DC tipo ponte (RS 207)
 1 capacitor 220 μF
 Multímetro
 Osciloscópio
 Estabilizador com diodo Zener (1N5234/BZX79/8.2v)
 Filtragem capacitiva com R=2.2kΩ
 1 resistência de carga de 3.3kΩ
 1 Circuito integrado LM317
 1 potenciômetro de 40KΩ
3.2 MÉTODOS
3.2.1 EXPERIMENTO 1
O circuito realizado no experimento 1 pode ser dividido em três partes, sendo a
primeira composta por um transformador e um retificador de onda completa tipo ponte,
a segunda parte é o filtro capacitivo e a terceira é o estabilizador de tensão a diodo
Zener.
A primeira parte do circuito é mostrada na figura 4. Utilizou se um transformador
abaixador de tensão abaixando a tensão das tomadas (127 volts) para baixas tensão
de 16 volts. O secundário do transformador foi ligado à ponte retificadora como
mostrado na figura 4.
Figura 4 - Transformador ligado ao circuito retificador de onda completa.
A forma de onda que sai do retificador é como a mostrada na figura abaixo.

8. Observa se que ao passar pelo retificador de onda completa a frequência dobra em
relação a onda original.
Figura 5 - Onda retificada.
Depoisde realizada a etapa acima, ligou-se um filtro capacitivo usando o capacitor
de 220 μF e o resistor de 2.2kΩ. Por fim foi ligado o diodo Zener em série com um
LED vermelho (para teste) e uma carga de R=3.3 kΩ. O circuito inteiro teórico é
mostrado a seguir.
Figura 6 - Fonte DC estabilizada a diodo zener.
O circuito proposto acima foi simulado no programa MULTSIM, verificando de
maneira teórica as formas de onda e valores de tensão nos componentes do circuito.
A forma de onda representada nas figuras abaixo é na saída do secundário do
transformador. Observa-se que esta forma de onda apresenta características
semelhantes com a da rede elétrica de 127 V, por exemplo: forma de onda senoidal e
a frequência, tendo como diferença entre as duas somente a amplitude, e
consequentemente, valores de tensão e corrente, isso se deve ao papel
desempenhado pelo transformador, que tem por objetivo aumentar ou reduzir a tensão
de saída do secundário do transformador em relação à entrada do primário deste.

9. Figura 7 - Forma de onda da tensão de saída do secundário do transformador no osciloscópio.
Já a figura a seguir representa o comportamento do circuito retificador com
transformador de derivação central e com filtro capacitivo, que tem por objetivo tornar
a tensão mais linear, transformando a tensão observada na figura anterior, em uma
tensão continua, isso se dá da seguinte forma: no semiciclo positivo o diodo D1
conduz, pois está polarizado diretamente, já no semiciclo negativo o diodo D2 conduz,
assim a tensão na saída do retificador apresenta somente uma polaridade, por sua
vez o capacitor carrega enquanto a tensão na saída do retificador aumenta e
descarrega quando esta diminui, tornando a tensão mais linear.
Figura 8 – Forma de onda da tensão na saída do retificador no osciloscópio.
E por último a figura a seguir representa tensão estabilizada em cima da carga de
3.3KΩ, devido ao Zener. É importante notar que a tensão em cima da carga é a tensão
do diodo Zener, que é de 8.2V, somada a tensão do LED, que é de 1.8V, resultando
em 10.1V aproximadamente. Outra observação importante é que a tensão na carga

10. independe da tensão da saída do retificador. Isso se deve as características deste
diodo, observando-se assim o comportamento de um regulador de tensão.
Figura 9 - Forma de onda da tensão da carga no osciloscópio.
Através dos valores obtidos pelo osciloscópio e pelo MULTISIM, verifica-se a
coesão entre a prática e a teoria, pois os valores encontrados foram próximos.
Observa-se também o comportamento do diodo Zener, que funciona como um
regulador de tensão.
3.2.2 EXPERIMENTO 2
A primeira e a segunda etapa dessa prática foram idênticas às da anterior e,
portanto, serão omitidas aqui. Na etapa final é ligado o LM317 que foi usado pare
obter tensão variável através de um potenciômetro.
O circuito com o LM317 como fonte de tensão variável é mostrado na figura a
seguir:
Figura 10 - Fonte de tensão ajustável com LM317

11. Após realizar as simulações no MULTISIM, utilizando um transformador -
16V/+16V de saída conectado a uma rede elétrica de 127V de tensão eficaz,
energizou-se o circuito abaixo, que por sua vez foi montado em um protoboard.
Figura 11 - Circuito retificador com filtro capacitivo com estabilizador zener mais carga.
Então, com auxílio da ponteira conectada ao canal 1 do osciloscópioe em paralelo
com a saída do secundário do transformador, medindo-se assim, a forma de onda e
os valores de tensão nessa parte do circuito. Depoisa ponteira é colocada em paralelo
com a saída do retificador, e o osciloscópio fornece a forma de onda e os valores de
tensão. E por ultimo liga-se a ponteira em paralelo com R1, e foram obtidos os dados
desejados.
A forma de onda da tensão obtida em cima da carga, no experimento 1 foi a
mostrada na figura a seguir:
Figura 12 - Forma de onda da tensão em cima da carga no osciloscópio.

12. Para o LM317 montou-se o circuito na protoboard como na figura a seguir:
Figura 13 - Fonte de tensão ajustável com LM317.
A forma de onda da tensão obtida na carga com o LM317 está ilustrada figura
abaixo:
Figura 14 - Forma de onda da tensão ajustável do LM 317 no osciloscópio.
Através dos resultados obtidos pelo osciloscópio e pelo MULTISIM verifica-se a
coesão entre a prática e a teoria, pois os valores encontrados foram próximos.
Observa-se também o comportamento do diodo Zener, que funciona como um
regulador de tensão. E verifica-se a importância do dimensionamento de Rs para o
funcionamento do circuito.

13. 4. CÁLCULOS
Para o projeto da fonte de tensão estabilizada a diodo zener foram utilizados os
seguintes cálculos:
 RZmín = (VCC - VZ) / (IZmáx + IRML)
 RZmáx = (VCC - VZ) / (IZmín + IRML)
 RZmín <RZ (adotado) <Rzmáx
Onde:
Vz : tensão no Zener (parâmetro do
diodo, vem do fabricante)
Vcc : tensão média na carga (valor
da fonte de tensão)
Rs : resistor limitador de corrente
Rl : carga
Irml : corrente na carga
IZmim : corrente Mínima de Zener
(valor obtido pelo datasheet)
IZmax : corrente Máxima de Zener
(valor obtido pelo datasheet).

14. 5. RESULTADOS
Tabela1 – Valores obtidos no experimento 1
Valores
obtidos pelo
osciloscópio
[V]
Valores
obtidos pelo
MULTISIM
[V]
Erro [%]
Tensão eficaz no secundário do
transformador
16,00 15,88 0,76
Tensão eficaz na saída do
retificador
21,00 20,30 3,45
Tensão eficaz na carga 10,02 10.01 0,99
Tabela 2 – Resultados obtidos no experimento 2
Valores
obtidos pelo
osciloscópio
[V]
Valores
obtidos pelo
MULTISIM
[V]
Erro [%]
Tensão eficaz no secundário do
transformador
16,00 15,88 0,76
Tensão eficaz na saída do
retificador
21,00 20,30 3,45
Tensão eficaz ajustável 1,1 –
16,2
1,2 - 15,2 8,33 –
6,56

15. 6. CONCLUSÃO
Através do experimento observou-se o comportamento dos componentes de um
circuito retificador com filtro capacitivo e diodo Zener, que tem por objetivo fornecer a
carga uma tensão desejada, de acordo com a tensão do diodo Zener especificada
pelo fabricante. Observou-se também o funcionamento do LM317 como fonte de
tensão regulável. E assim podemos verificar a relação entre o teórico (condições
ideais) e o prático.
Vimos também a importância de dimensionar a resistência Rs irá limitar a corrente
que passa no diodo Zener. Para conduzir é necessário uma corrente mínima e uma
corrente máxima eu restringi, evitando assim que a queime. Ou seja, há uma faixa de
variação de Rs.
Obtemos um erro de 8,33% que foi calculado a partir dos resultados do
experimento (real) e a simulação no MULTISIM (ideal). Fazendo a análise desse valor
concluímos que apesar desse erro ser admissível ele é causado pela dificuldade que
encontramos de limitarmos a operação do potenciômetro dentro da faixa calculada
para os valores máximo e mínimo da resistência (Rs) que é variável.
Após todas essas análises pode-se concluir que a prática foi realizada com êxito.

16. 7. REFERÊNCIA BIBILIOGRÁFICA
[1] MALVINO, Albert Paul. ELETRÔNICA. 4. Ed. São Paulo: Makron Books, 1995.
[2] SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C. Microeletrônica. 4. Ed.São Paulo: Pearson
Makron Books, 2000.
[3] Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky, Dispositivos Eletrônicos e Teoria de
Circuitos, 8º Edição, Prentice Hall, 2004.
[4] David Comer, Donald Comer, Fundamentos de Projeto de Circuitos
Eletrônicos, LTC, 2005.
[5] Jimmie J. Cathey, Dispositivos e Circuitos Eletrônicos, 2ª Ed., Coleção Schaum,
Bookman, 2003.