apostila eletronica aplicada

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(Parte 1 de 8)

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Apostila de Eletrônica Aplicada

Prof. Luciano Severino de Paula Agosto/2008

Reguladores de tensão lineares4
Diodo Zener4
Regulador de tensão série4
Regulador de tensão paralelo6
Regulador com amplificador de erro7
Circuito para limitação de corrente9
Circuitos de proteção10
Parâmetros de regulação10
Reguladores de tensão integrados1
Reguladores de tensão positiva fixa (78xx) e negativa fixa (79xx):1
Reguladores de tensão ajustáveis12
Dissipação de calor em semicondutores13
Introdução13
Propagação do calor13
Cálculo do dissipador15
Cálculo da área do dissipador16
Exemplo de projeto17
Exercícios20
Conversores Chaveados2
O conversor Buck23
Funcionamento:24
Condução Contínua24
Condução descontínua25
O conversor Boost26
Condução contínua26
Condução descontínua27
Condução contínua29
Condução descontínua29
Exercícios30
Circuitos de comando em PWM3
O que são circuitos de controle ?3
O que é pwm?3
Integrados mais utilizados3
O circuito integrado 1524-2524-35243
O circuito integrado 1524A-2524A-3524A34
O circuito integrado TL49435
Oscilador dente-de-serra35
Amplificador de erro36
Controle de saída36
Gerador de tempo morto36
Detalhamento da operação da fonte Buck com o TL494:36
Exercícios:38
Filtros passivos e ativos41
O Decibel41

Índice Filtros passivos.............................................................................................................. 41

Filtro passa baixas passivo42
Filtro passa baixas ideal42
Filtro passa baixas real42
Filtro passa baixas real43
Filtro passa altas passivo43
Filtro passa altas ideal4
Filtro passa altas real4
Filtros Ativos45
Filtro passa baixas de primeira ordem45
Filtro passa altas de primeira ordem45
Filtro passa baixas de segunda ordem46
Filtro passa altas de segunda ordem47
Cascateamento de filtros48
Filtro rejeita banda (band-stop)48

Reguladores de tensão lineares

Diodo Zener

Diodo Zener é um tipo especial de diodo, que por construção, intencionalmente, opera na região de ruptura. Este tipo de diodo, também chamado diodo de ruptura, é o elemento principal dos reguladores de tensão. Ou seja, é utilizado para garantir tensão constante independente da corrente requisitada pela carga do circuito.

Regulador de tensão série

A figura abaixo mostra um diagrama de blocos de um circuito regulador tipo série.

Os elementos em série controlam o quanto da tensão de entrada passa para a saída. A tensão de saída é amostrada por um circuito que provê uma tensão de realimentação para ser comparada com uma tensão de referência.

Um circuito regulador simples, série, está mostrado na figura abaixo.

O regulador série é na realidade uma fonte de alimentação regulada mais sofisticada em relação aos reguladores que utilizam apenas diodo zener.

O diodo zener atua apenas como elemento de referência enquanto que o transistor é o elemento regulador ou de controle. Observa-se que o transistor está em série com a carga, daí o nome regulador série.

¾ A tensão de saída estará disponível na carga (VL), então: VL = VZ - VBE ¾ Como VZ >> VBE podemos aproximar: VL = VZ

¾ Sendo VZ constante, a tensão no ponto "x" será constante.

¾ Caso VIN aumente podemos analisar o que acontece aplicando LKT:

VIN = VR + VZ, mas VR = VCB, logo: VIN = VCB + VZ VCE = VCB + VBE

Portanto, quando VIN aumenta, como VZ é constante, VCB também aumentará provocando um aumento de VCE, de modo a suprir a variação na entrada, mantendo VL constante.

Então: se VIN aumenta Î VCE aumenta Î VL não se altera

¾ Caso VIN diminua podemos analisar o que acontece aplicando LKT, obedecendo aos mesmos princípios adotados anteriormente. Neste caso VCB diminui.

Com a diminuição de VIN Î VCE diminui Î VL não se altera

Como VIN = VR + VZe VR = R.IR mas IR = IZ + IB

Valores mínimos e máximos de VIN então:

Para VIN mínima temos: VIN(MIN) = R(IZ(MIN) + IB(MAX)) Portanto, abaixo do valor mínimo de entrada o diodo zener perderá suas características de estabilização.

Para VIN máxima temos: VIN(MAX) = R(IZ(MAX) + IB(MIN)) Acima do valor máximo de entrada o diodo zener perderá também suas características de estabilização e será danificado.

Regulador de tensão paralelo

O regulador paralelo realiza a regulação desviando corrente da carga, de modo que a tensão na saída fica controlada pela quantidade de corrente fornecida à carga. A figura abaixo mostra o diagrama de blocos deste tipo de regulador

A exemplo do regulador série, o transistor atua como elemento de controle e o zener como elemento de referência.

Como a carga fica em paralelo com o transistor, daí a denominação regulador paralelo, cujo circuito é mostrado abaixo.

A análise do seu funcionamento segue basicamente os mesmos princípios do regulador série, no que diz respeito aos parâmetros do transistor e do diodo zener.

¾ VZ = VCB Î como VZ é constante, VCB será constante. ¾ VCE = VCB + VBE, mas VCB >> VBE logo: VCE = VCB, onde VCE = VZ

Ao variar a tensão de entrada dentro de certos limites, como VZ é fixa, variará VBE variando a corrente IB e conseqüentemente IC. Em outras palavras, variando-se a tensão de entrada ocorrerá uma atuação na corrente de base a qual controla a corrente de coletor.

Neste caso, VCE tende a permanecer constante desde que IZ não assuma valores menores que IZ(MIN) e maiores que IZ(MAX).

Regulador com amplificador de erro

O regulador com amplificador de erro torna o circuito mais sensível às variações da tensão de entrada, ou variações da corrente de carga, através da introdução de um transistor junto ao elemento de referência.

A figura a seguir ilustra esse tipo de regulador, onde os elementos que compõem o circuito têm as seguintes funções: ¾ Diodo Zener: é utilizado como elemento de referência de tensão;

¾ R1 e R2 atuam como circuito de amostragem da tensão de saída;

¾ Transistor T1: é o elemento de controle, que irá controlar a tensão de saída a partir de uma tensão de correção a ele enviada através de um circuito comparador;

¾ Transistor T2: é basicamente um comparador de tensão DC, isto é, compara duas tensões, VR2 e VR3, sendo a tensão VR3 fixa (denominada também tensão de referência), cuja finalidade é controlar a tensão de polarização do circuito de controle. Qualquer diferença de tensão entre os dois resistores irá fornecer à saída do comparador uma tensão de referência que será aplicada ao circuito de controle.

Quando houver uma variação da tensão de entrada, a tendência é ocorrer uma variação da tensão de saída.

Supondo que VIN aumente, a tensão nos extremos de RL tenderá a aumentar, aumentando a tensão no ponto “x”, mas como a tensão no emissor de T2 é fixada por VZ, então um aumento de tensão no ponto "x" provocará um aumento de VBE2, que aumentará IB2 e consequentemente IC2. Quando IC2 aumenta, haverá um aumento da tensão em R3 (VR3), uma vez que a tensão do emissor de T2 é fixada pela tensão de zener (VZ). Como VBE1 é fixa, então um aumento de VR3 provocará um aumento de VCE1. Lembrar que VR3 = VCB1 e que VCB1 + VBE1 = VCE1. Um aumento de IC2 provocará também um discreto aumento na corrente de base de T1 (IB1). IC2 = IR3 - IB1 ou IR3 = IC2 + IB1

O circuito descrito acima também pode aparecer com diferentes maneiras de posicionamento do diodo zener, bem como com alguns elementos coadjuvantes para a polarização do mesmo, conforme figuras abaixo:

Versão com o zener na base de 2T

Versão com zener no emissor de 2T e resistor coadjuvante para a polarização do zener

Para todos os circuitos mostrados, o cálculo da tensão na carga pode ser realizado da seguinte maneira: Como:

Outro componente que pode ser aplicado em uma configuração com amplificador de erro é o amplificador operacional. A configuração descrita pode ser visualizada na figura abaixo:

Como:

oZ V

Teremos:

Circuito para limitação de corrente

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