Discussao Do R
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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.
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