1. Introdução. Transformador 110 : 18 Diodo V D =0,8V ( tensão de condução por diodo) Capacitor 1000µF

Transcrição

1 Exp. 2 Fontes de Tensão e Corrente B 1 1. Introdução Objetivos: estudo do funcionamento do diodo zener e de circuitos reguladores de tensão e corrente transistorizados; medida da regulação de carga, da regulação de linha e da rejeição de ripple; 2. Projeto (a ser realizado ANTES da aula experimental) Dados para o projeto: Diodo Zener 1N4735 V Z =6,2V p/ I Z =41mA, P Z =0,5W, R Z =2Ω, I Zmín =4mA, I Zmáx =81mA Transistor 2N3055 β máx = 70@4A/4V (V CE ) P Cmáx =115W, V CEmáx =60V, I Cmáx =15A Transformador 110 : 18 Diodo V D =0,8V ( tensão de condução por diodo) Capacitor 1000µF IMPORTANTE: Adote em todos os casos Ventrada = 125V ef (e não 110V ef ), escalando proporcionalmente a tensão obtida no secundário. Adote resistência total equivalente do secundário R ST =4Ω. 2.1 Regulador de Tensão com Diodo Zener e Resistor Projete a fonte de tensão regulada a diodo zener, como mostrado na figura 1. Seguindo o roteiro a seguir: Figura 1: Fonte de tensão com resistor e diodo zener

2 B 2 Laboratório de Eletrônica Exp Calcule o valor de V A máx em A considerando a saída do filtro capacitivo em aberto. V A máx (Filtro capacitivo em aberto ) = Calcule o valor do resistor R para I Z =40 ma. Aproxime o resultado para o valor comercial mais próximo (Rcom). R = Rcom = Utilizando as curvas de Schade do experimento de Retificadores, determine os valores VDC e Vpp (ondulação) no ponto A (entrada) considerando o resistor R como sendo a carga do filtro capacitivo. V A DC = V A pp =

3 Exp. 2 Fontes de Tensão e Corrente B Determine o valor de V A mín no ponto A. (Existem aparentemente duas formas de determinar V A mín ; subtraindo-se o valor V A pp encontrado no item do valor encontrado no item ou então subtraindo-se metade do valor V A pp de V A DC encontrados no item Qual o valor mais correto e por quê?). V A mín = Calcule o valor de R Lmín R Lmin = Calcule a Regulação de Linha para R L =R Lmín R Li p/ R L = R lmin =

4 B 4 Laboratório de Eletrônica Exp Calcule a Rejeição de Ripple para R L =R Lmín RR p/ R L = R lmin = Considerando a tensão no ponto A constante e igual V A DC, calcule a regulação de carga (RC). RC =

5 Exp. 2 Fontes de Tensão e Corrente B Regulador de Tensão com Transistor e Diodo Zener Projete a fonte de tensão regulada a transistor e diodo zener, como mostrado na figura 2, seguindo o roteiro a seguir: Figura 2: Regulador de tensão com transistor e diodo zener Determine VDC e Vpp (ondulação) no ponto A (entrada) considerando R carga do filtro capacitivo de 70Ω. Utilize RST = 4Ω. V A DC = V A pp =

6 B 6 Laboratório de Eletrônica Exp Calcule o valor de R Lmín. R L min = Estime o valor da resistência de carga equivalente vista pelo filtro capacitivo quando R L = 18Ω que é o R L min da montagem experimental do laboratório. O valor obtido está coerente com aquele utilizado no item 2.2.1? R carga do filtro capacitivo =

7 Exp. 2 Fontes de Tensão e Corrente B Regulador de Corrente Projete a fonte de corrente como mostrado na figura 3, supondo que a tensão no ponto A seja igual a V A máx, seguindo o roteiro a seguir: A Figura 3: Regulador de corrente com transistor e diodo zener Calcule o valor de R para I L =12mA R = Calcule o valor de R B para I Z =47mA R B =

8 B 8 Laboratório de Eletrônica Exp Determine o valor de R Lmáx R L max = O que ocorre no circuito quando R L R lmáx?

9 Exp. 2 Fontes de Tensão e Corrente B 9 3. Procedimento Experimental e Análise de Resultados Antes de iniciar o experimento: - Deixe sobre a bancada apenas o material necessário; - Ligue os equipamentos e verifique seu funcionamento; - Verifique os cabos de sua bancada, caso estejam faltando comuniquem ao professor. 3.1 Fonte de Tensão com Diodo Zener e Resistor Procedimento Experimental Para implementar o circuito de regulador de tensão com diodo zener e resistor da figura 1 utilizaremos a placa e a montagem indicada na figura 4, seguindo o roteiro a seguir: Figura 4: Fonte Regulada de Tensão com Diodo Zener e Resistor Conecte os pontos unidos por linhas tracejadas na figura 4, utilizando cabos banana-banana curtos. Teste os diodos D 1, D 2, D 3 e D 4 com o multímetro digital e conecte-os nas posições indicadas na figura Verifique se o fusível de proteção está colocado na sua posição conforme a Fig Conecte na posição do capacitor eletrolítico de entrada, 1000µF ( certifique-se de que a polaridade está correta);

10 B 10 Laboratório de Eletrônica Exp Conecte a década de resistências em série com o multímetro de mão operando como amperímetro entre os pontos B e E (deixe os pontos G-F e H-I em aberto); Conecte o multímetro digital da bancada operando como voltímetro em paralelo com a caixa de resistências. O VOLTÍMETRO DEVE SER CONECTADO DE FORMA A MEDIR A TENSÃO ANTES DO AMPERÍMETRO (Justifique),isto é, entre B e E Ligue cuidadosamente o cabo de força à rede elétrica (125V ef ); Ajuste a caixa de resistências com o valor de R Lmím previamente definido (2.1.5) e meça os valores médios de tensão nos pontos A eb com o multímetro de bancada e as respectivas amplitudes de pico a pico das ondulações com o osciloscópio (use os canais ao mesmo tempo, ambos no modo AC, BW on). Monte a tabela abaixo: V A (médio) (V) V APP (V) V B (médio) (V) V BPP (V) O valor V B (médio) está coerente? Desconecte cuidadosamente os terminais da rede (125V ef ) da entrada do transformador. Remova a ligação entre os pontos A e A. Ligue a fonte de alimentação HP3631A da bancada e ajuste sua tensão para o valor V A médio do item (a tensão é obtida entre os pontos + e COM da fonte ± 25V). Pressione a tecla Output ON/OFF e certifique-se que a frase OUTPUT OFF esteja no display da fonte (assim não há tensão nas saídas da fonte). Conecte a fonte de alimentação aos pontos A (positivo) e M (negativo). Pressione a tecla Output ON/OFF e certifique-se que o valor de tensão desejado apresenta-se no display da fonte (agora há tensão nas saídas da fonte). Variando a resistência da década de 0 até 10KΩ (passando por R Lmín ) monte a tabela abaixo. Levante o número de pontos que julgar conveniente.

11 Exp. 2 Fontes de Tensão e Corrente B 11 R L (Ω) V B (V) I RL (A) 0 RLMIN = 10K Mantendo o voltímetro conectado ao circuito, desconecte a caixa de resistências e o amperímetro dos pontos B e E, deixando-os em aberto. Aguarde cerca de 20s para a tensão estabilizar e meça a tensão em vazio. VB(vazio)(V) = Reconecte a caixa de resistências e o amperímetro entre os pontos B e E Fixando R L =R Lmín na década de resistências conectada entre os pontos B e E, ajuste a tensão da fonte de alimentação para V A +10%, V A e V A -10%. Caso necessário,

12 B 12 Laboratório de Eletrônica Exp. 2 use as fontes +25V e 25V em série, extraindo a tensão diretamente entre os terminais + e da fonte ± 25V (peça ajuda do professor se necessário). Monte as tabelas a seguir: (V A -10%) (V A ) (V A +10%) V A (V) V B (V) medir apenas para V A I fonte HP3631A I carga Pressione a tecla Output ON/OFF e certifique-se que o display da fonte indica OUTPUT OFF Análise dos Resultados Por que o resistor R pode ser considerado como sendo a carga do filtro capacitivo no item 2.1.3?

13 Exp. 2 Fontes de Tensão e Corrente B Preencha a tabela 1, com os valores esperados (de projeto: 2.1.1, 2.1.3, 2.1.7, 2.1.8, 2.1.6) e com os valores obtidos no procedimento experimental. A partir destes calcule a rejeição de ripple, a regulação de carga e a regulação de linha (experimental). Esperado Experimental Desvio V A DC V APP V BDC V BPP R Li ( regulação de linha) RR (rejeição de ripple p/ Rc = Rcmin) RC (regulação de carga) Rendimento Justifique eventuais discrepâncias:

14 B 14 Laboratório de Eletrônica Exp Plote todos os pontois da tabela utilizando o programa Plote. Escolhendo o intervalo de pontos pertinentes, determine a resistência interna Ri do gerador equivalente associado a fonte de tensão de acordo com o modelo indicado na figura 5 (e utilizando os dados do item ). Para isso, utilize a regressão do programa Plote. Imprima o gráfico obtido, destacando como calculou o valor de Ri. Anexe-o após esta folha. Figura 5: Modelo do Gerador Equivalente Ri = O valor de Ri neste caso deve ser baixo ou alto? ATENÇÃO: NÃO PROSSIGA NO EXPERIMENTO SE A ANÁLISE NÃO ESTIVER CONSISTENTE. NESTE CASO, CONSULTE O PROFESSOR.

15 Exp. 2 Fontes de Tensão e Corrente B Regulador de Tensão com Transistor e Diodo Zener Procedimento Experimental Montar o circuito de regulador de tensão com transistor e diodo zener (da figura 6), seguindo o roteiro a seguir: A = Entrada G = Saída Figura 6: Fonte de Tensão com Transistor e Diodo Zener Anote o valor nominal (isto é, escrito no resistor) de R Lmin. R Lmin = Conecte a década de resistências em série com o multímetro de mão (na escala de corrente) entre os pontos G e F (é proibido conectá-la entre os pontos G e E). Ajuste o valor da década de resistência para 0Ω. Conecte o multímetro digital da bancada entre os pontos G e E na escala de tensão Conecte cuidadosamente a entrada do transformador aos terminais da rede (125V ef ) Meça os valores médios de tensão nos pontos A e G com o multímetro da bancada e as respectivas amplitudes de pico a pico das ondulações com o osciloscópio se possível (use os dois canais ao mesmo tempo, ambos no modo AC). Monte a tabela abaixo: R Lmín (Ω) V A (médio) (V) V APP (V) V G (médio) (V) V GPP (V)

16 B 16 Laboratório de Eletrônica Exp Desconecte cuidadosamente os terminais da rede (125V ef ) da entrada do transformador. Remova a ligação entre os pontos A e A. Ligue a fonte de alimentação HP3631A e ajuste sua tensão para o valor V A médio do item Caso necessário, use as fontes +25V e 25V em série, extraindo a tensão diretamente entre os terminais + e da fonte ± 25V (peça ajuda do professor se necessário). Pressione a tecla Output ON/OFF e certifique-se que a frase OUTPUT OFF esteja no display da fonte. Conecte a fonte de alimentação aos pontos A (positivo) e M (negativo) Variando a resistência da década de 0 até 10KΩ monte a tabela abaixo. Levante o número de pontos que julgar conveniente. R LMIN = R L (Ω) V G (V) I RL (A) R LMIN +10K = Análise dos Resultados A partir dos dados do item , determine a resistência interna Ri do gerador equivalente associado a fonte de tensão de acordo com o modelo indicado na figura 5. Para isso use a regressão do programa Plote. Imprima o gráfico obtido (programa Plote), destacando como calculou o valor de Ri. Anexe-o após esta folha. Ri =

17 Exp. 2 Fontes de Tensão e Corrente B O valor de Ri da fonte com zener e transistor indica que esta montagem é melhor ou pior que a montagem da fonte apenas com zener? A amplitude da ondulação no ponto A é maior ou menor que o valor obtido no item ? Isto era esperado? Por quê? Na verdade, cada fonte tem uma finalidade distinta. Se a fonte com transistor e diodo zener fosse testada na mesma condição de carga do item , o que você esperaria para a ondulação no ponto A, ela seria maior ou menor que aquela do item ? 3.3 Fonte de Corrente Procedimento Experimental Para montar o circuito fonte de corrente com transistor e diodo zener ( da figura 7), seguindo o roteiro a seguir: Figura 7: Fonte de Corrente com Diodo zener e Transistor

18 B 18 Laboratório de Eletrônica Exp Ajuste o valor de tensão da fonte de alimentação igual ao valor para o ponto C utilizado no item do projeto (pag. B-30) e tecle OUTPUT OFF. Conecte a fonte de alimentação HP3631A ao circuito, tomando todas as precauções necessárias Conecte a década de resistências em série com o multímetro digital de mão na escala de corrente entre o ponto H e um dos terminais da caixa de resistência. Conecte o multímetro de bancada na escala de tensão entre os pontos H e I. Varie o valor da resistência da década até o transistor saturar e monte a tabela a seguir: R L (Ω) V H (V) I RL (A) 0 R LMAX = 2.R LMAX = 5.R LMAX = 10.R LMAX =

19 Exp. 2 Fontes de Tensão e Corrente B Análise dos Resultados Determine a resistência interna do gerador equivalente associado a fonte de corrente conforme o modelo apresentado na figura 8. Utilizando a regressão do programa plote, imprima o gráfico obtido, destacando como calculou o valor de Ri. Anexe-o após esta folha. Figura 8: Gerador equivalente da fonte de corrente Rp = O valor de Rp neste caso deve ser baixo ou alto?

20 B 20 Laboratório de Eletrônica Exp Conclusões

21