O circuito montado de acordo com a Figura 1 permite obter uma tensão CC

estacionária.

FIGURA 1 – CIRCUITO DO MULTISIM

A Figura 2 mostra como ficou esse circuito montado na prática

FIGURA 2 – CIRCUITO DA PRÁTICA

O experimento foi realizado com a verificação de um circuito de filtro muito

comum em que se utilizou um simples capacitor conectado na saída do retificador e uma

tensão CC é obtida nos seus terminais. Para verificação, o sinal de entrada, como mostra

a Figura 3, era senoidal e com o valor de tensão pico a pico de 31,6V e frequência de

60Hz.

FIGURA 3 – Sinal de entrada no CI

O CI possibilita a transformação do sinal em que o transformador abaixa a

tensão e, na sequência, um diodo retificador promove uma retificação de meia onda do

sinal de entrada. O capacitor viabiliza a filtragem do sinal para que se obtenha um valor

CC e finalmente o sinal é regulado através do diodo zener para que a amplitude na saída

apresente o valor desejado [1].

Na Figura 4 é mostrada a forma de onda teoricamente esperada na saída

obtida do circuito para uma carga conectada RL. Se não houvesse carga conectada nos

terminais do capacitor, a forma de onda na saída seria idealmente um valor CC

constante, com valor igual ao da tensão de pico (Vm) do circuito retificador. Porém isso

não se aplica à prática [1].

FIGURA 4 – FORMAS DE ONDAS (RETIFICAÇÃO E FILTRAGEM)

O tempo T1 é aquele em que o diodo retificador de meia onda conduz,

carregando o capacitor até a tensão de pico do retificador. O tempo T2 é o intervalo de

tempo durante o qual a tensão do retificador cai abaixo da tensão de pico, e o capacitor

descarrega através da carga. Com a carga e descarga do capacitor produz-se uma forma

de onda filtrada com um valor CC e uma tensão de ondulação de pico muito menor do

que a entrada. Isso por que o tamanho da onda gerada depende da capacitância. Quanto

maior o valor da capacitância menor é a ondulação e maior é a tensão média na saída,

resultando em uma melhor filtragem. T é o período da onda [1].

O circuito regulador pode utilizar essa entrada cc para produzir uma tensão

cc que não só tem menos ondulação, como ainda mantém constante o valor da saída,

mesmo para variações na entrada ou na carga conectada [1] Essas características foram

verificadas por simulação e de forma experimental.

A Figura 5.a mostra a ondulação do sinal de saída sem o diodo zener no CI e

a Figura 5.b a ondulação provocada pelo diodo zener. Isso foi constatado pelo software

e corroborou com a característica indicada na literatura.

FIGURA 5 – Verificação da redução da ondulação pelo diodo zener. (a) Sem o zener no

circuito. (b) Com o zener.

O sinal de saída após a filtragem e regulação através do experimento está

apresentado na Figura 6. Nota-se que a tensão pico a pico desse sinal é muito pequena

em relação ao apresentado na Figura 3. Antes tinha-se 31,6V e agora tem-se 1,8V.

FIGURA 6 – Sinal de saída a partir do experimento.

Para a verificação da manutenção da tensão em valor constante, provocado

pelo diodo zener, fez-se a relação de tensão e corrente com os dados obtidos

experimentalmente e depois no Multisim. A Figura 7 mostra a relação entre os dados da

prática.

5,08

5,18

5,28

5,38

5,48

5,58

5,68

5,78

5,88

0,00 9,98 30,50 49,80

V 0(V

)

I (mA)

FIGURA 7 – Relação V0=f(I0) a partir da prática

A Figura 8 mostra a relação entre os dados obtidos com o uso do Multisim.

5,08

5,18

5,28

5,38

5,48

5,58

5,68

5,78

5,88

0,00 10,00 30,00 50,00 70,00

V 0(V

)

I (mA)

FIGURA 8 - Relação V0=f(I0) a partir do Multisim

Verifica-se que a Figura 7 apresentou um gráfico semelhante ao gráfico da

Figura 7, pois os mesmos demostraram um pequeno decaimento de sua tensão,

considerando que nos gráficos a escala varia de 5,08 a 5,88V, à medida que a corrente

era aumentada, por meio do potenciômetro instalado no circuito. Embora os valores

obtidos experimentalmente diferenciem um pouco dos obtidos por meio de simulações,

devido ao fato de má conexões, uso de resistores aproximados, com o potenciômetro

utilizado na prática obtinha uma escala menor do que o usado no software, verificou-se

que a tensão manteve-se aproximadamente constante em relação à corrente.

Através de uma simulação no software Multsim supôs que o capacitor “C”

foi retirado do circuito por um instante após o circuito ter atingido regime permanente,

conforme a Figura 9, pode-se observar as formas de onda de tensão na carga.

Figura 9 – Forma de onda de tensão na carga sem capacito

Conforme apresenta no gráfico, o uso do capacitor no circuito demostra uma

linha aproximadamente retilínea no gráfico tornando a tensão constante, apresentando

um comportamento de um filtro capacitivo. Após a retirada do capacitor (filtro

capacitivo) o resultado provavelmente esperado da onda está transpassada na metade do

pulso, excluindo assim a parte superior que iria até a amplitude máxima da onda

retificada (aproximadamente 15,8 V). Este processo acontece devido a limitação do

diodo zener para a tensão de saída, pois este trabalha com um valor específico de

tensão, ou seja, o diodo zener fixa uma tensão. Logo, o que é demostrado no gráfico é

que onde a onda retificada está limitada corresponde exatamente a este valor máximo do

diodo zener independente de estar filtrada com capacitores, a tensão máxima será

estabelecida pela ordem de trabalho do diodo zener.

O TL431 é um regulador shunt ajustável com vasto uso na área eletrônica

pelo seu compacto encapsulamento e seu ajuste preciso da tensão.

O circuito integrado TL431 consiste num regulador shunt programável com

um amplificador operacional interno excitando um transistor bipolar [1]. De forma

similar, Newton da Silva também expõe que o TL431 comporta-se como um

amplificador operacional, gerando uma tensão de controle que é função do erro de

tensão entre o nível desejado e a referência, multiplicando-se este valor por um ganho

[2].

Na configuração apresentada na figura 10, o circuito TL431 é usado como

referência para um bloco que fornece uma tensão de saída de 24 V sob corrente até 2,5

A [1].

Figura 10 – Circuito que utiliza o TL431 como referência

Neste caso, o ganho do transistor usado é 1000 e acorrente em sua base da

ordem de 7,5 mA. Outros transistores com capacidade diferente de corrente e ganho

equivalente podem ser usados na mesma configuração. A relação entre os resistores de

saída determina a tensão. Esses componentes podem ter seus valores alterados caso o

leitor deseje programar a tensão de saída para outro valor [1].

CONCLUSÃO

De acordo com os resultados obtidos e experimentalmente e através das

simulações realizadas foi possível verificar o comportamento das ondas com o uso de

um filtro capacitivo no circuito, no qual observou-se que o mesmo é responsável pela

eliminação bruscas na tensão sobre a carga resistiva. Analisando-se o uso do diodo

zener conclui-se que através dele é possível realizar regulação na tensão sem alterar o

comportamento da onda.

Diante dessas analises foi possível entender o funcionamento de uma fonte

de tensão regulada a diodo zener.

[1] BOLEYSTADE