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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.
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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
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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
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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,
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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
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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.
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Diante dessas analises foi possível entender o funcionamento de uma fonte
de tensão regulada a diodo zener.
[1] BOLEYSTADE