Universidade Federal do Maranho UFMACentro de Cincias Exatas e Tecnologia CCETDepartamento de Engenharia de EletricidadeProf: Vilemar Gomes

Eletrnica II

PROJETO DE UM REGULADOR DE TENSO SRIE COM DOIS TRANSISTORES

Daniel Mota Andrade e Silva 2008026025Ricardo Vinicios Fonseca 2010025114Elias Barbosa Arouche 2011011409

So Lus- MA2014

Eletrnica II

PROJETO DE UM REGULADOR DE TENSO SRIE COM DOIS TRANSISTORES

Relatrio apresentado ao Prof. Vilemar Gomes da disciplina de Eletrnica II como obteno de nota parcial.

So Lus- MA2014

1. Introduo

Uma fonte de alimentao um circuito responsvel por gerar uma tenso constante para um circuito eletrnico que pode ser um radinho at uma nave espacial .Uma boa fonte de alimentao deve gerar uma tenso contnua na sada e estabilizada, isto significa que mesmo que a tenso de entrada varie a tenso na sada dever se manter constante, ou ainda, mesmo que a carga varie aumentando a corrente do circuito, a tenso na sada dever se manter constante. Na realidade estas variaes devero ficar dentro de limites prticos.Uma fonte estabilizada composta de um circuito retificador convencional que pode ser de meia-onda, ou onda completa mais um circuito eletrnico responsvel por estabilizar a tenso de sada. O circuito eletrnico poder se discreto; composto por resistores e transistores montado por voc mesmo, ou ainda por um circuito integrado construdo especialmente para a esta funo. O circuito integrado uma opo mais moderna e simples de voc construir uma fonte estabilizada!

2. REGULADOR SRIE

O regulador srie na realidade uma fonte de alimentao regulada mais sofisticada em relao aos reguladores que utilizam apenas diodo zener.O diodo zener atua apenas como elemento de referncia enquanto que o transistor o elemento regulador ou de controle. Observa-se que o transistor est em srie com a carga, da o nome regulador srie.FUNCIONAMENTO: A tenso de sada estar disponvel na carga (VL), ento: VL = VZ - VBE Como VZ >> VBE podemos aproximar: VL = VZ Sendo VZ constante, a tenso no ponto "x" ser constante Caso VIN aumente podemos analisar o que acontece aplicando LKT:

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

Portanto, quando VIN aumenta, como VZ constante, VCB tambm aumentar provocando um aumento de VCE, de modo a suprir a variao na entrada, mantendo VL constante.VL = VIN - VCE

Ento: se VIN aumenta VCE aumenta VL no se altera

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

Com a diminuio de VIN VCE diminui VL no se altera

LIMITAES:Valores mnimos e mximos de VINComo VIN = VR + VZ e VR = R.IR mas IR = IZ + IBento:VIN = R(IZ + IB) + VZPara VIN mnima temos: VIN(MIN) = R(IZ(MIN) + IB(MAX))Portanto, abaixo do valor mnimo de entrada o diodo zener perder suas caractersticas de estabilizao.Para VIN mxima temos: VIN(MAX) = R(IZ(MAX) + IB(MIN))Acima do valor mximo de entrada o diodo zener perder tambm suas caractersticas de estabilizao e ser danificado.CONDIES PARA UM PROJETO:Alguns parmetros devem ser observados para que o circuito opere em condies normais sem danificar seus componentes. Tenso de entrada mxima:VIN(MAX) = (IB(MIN) + IZ(MAX)).R + VZ ( I )Na pior condio RL = (carga aberta), logo IB(MIN) = 0

VIN(MAX) = R.(IZ(MAX)) + VZ

onde: IZ(MAX) = Tenso de entrada mnima:VIN(MIN) = (IB(MAX) + IZ(MIN)).R + VZ ( II )

De ( I ) tiramos: IZ(MAX) = ( III)

De ( II ) tiramos: IZ(MIN) + IB(MAX) = ( IV )

Dividindo ( III ) e ( IV ) temos:

Exemplo 1:

Projetar uma fonte de alimentao estabilizada com diodo zener e transistor com as seguintes caractersticas:Tenso de sada (VL): 6VCorrente de sada mxima (IL(MAX)): 1,5ATenso de entrada (VIN): 12V 10%

Escolha do transistor

O transistor a ser utilizado dever obdecer as seguintes caractersticas:VCBO > VIN(MAX) no caso 13,2VIC(MAX) [footnoteRef:1]> IL(MAX) no caso 1,5A [1: IC(MAX) a mxima corrente que o coletor pode suportar]

PC(MAX) [footnoteRef:2]> (VIN(MAX) - VL) . IC(MAX) [2: PC(MAX) a mxima potncia de dissipao do coletor]

Supondo que o transistor escolhido seja o BD235, que de acordo com o manual do fabricante tem as especificaes:VCBO(MAX) = 45VIC(MAX) = 2APC(MAX) = 25W > 40 < 250Neste caso, o valor mnimo de beta 40 e o mximo 250. Para que o projeto funcione sem problemas adota-se o beta de menor valor.O transistor escolhido atende as exigncias quanto a VCBO(MAX) e IC(MAX). No entanto preciso verificar se a potncia que ser dissipada pelo coletor ser suficiente para este projeto.

Verificando a potncia que ser dissipada pelo coletor:

PC(MAX) = (VIN(MAX) - VL) . IC(MAX)IC(MAX) = IE(MAX) - IB(MAX)IE(MAX) = IL(MAX) IC(MAX) = IL(MAX) - IB(MAX)

IB(MAX) = logo: IC(MAX) = IL(MAX) -

IC(MAX) = = PC(MAX) = (13,2V - 6V) . 1,46A = 10,5W

O transistor escolhido atender as necessidades do projeto quanto a dissipao de potncia, por estar abaixo da potncia mxima especificada pelo fabricante. Torna-se necessrio entretanto o uso de um dissipador adequado para evitar sobreaquecimento do transistor.Escolha do diodo zener:Levando-se em conta que VL = VZ - VBE e que VBE 0,7V, se adotarmos um diodo zener com tenso nominal de 6V, ento na carga teremos 5,3V. O ideal ento adotar um diodo zener com 6,7V, porm este valor no comercial. O valor comercial mais prximo encontrado o BYXC6V8, que tem uma tenso nominal de 6,8V e PZ(MAX) igual a 500mW com IZ(MIN) = 8mA.

PZ(MAX) = Teremos ento na carga 6,1V valor este, perfeitamente aceitvel.

Verificando se o diodo zener escolhido pode ser utilizado:

IZ(MAX) =

IB(MAX) =

IZ(MAX) =

IZ(MAX) =

Como PZ(MAX) terico = 73,53mA e IZ(MAX) = 71,2mA o diodo zener escolhido pode ser utilizado.

Clculo de R:

Para a mxima de tenso de entrada: VIN(MAX) = 13,2V

VIN(MAX) = R.(IB(MIN) + IZ(MAX)) + VZ

Na pior condio: RL = IB(MIN) = 0

VIN(MAX) = (R . IZ(MAX)) + VZ

R =

Para a mnima tenso de entrada: VIN(MIN) = 10,8V

R =

Portanto R dever ser maior do que 87,04 e menor do que 89,89. Adotaremos o valor comercial mais prximo: 91

Potncia dissipada pelo resistor:

P = P = =

Podemos adotar um valor comercial mais prximo: 1W3.PROJETO DO REGULADOR SRIE DE DOIS TRANSISTORES

Script MATLAB

% UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHO% PROF:VILEMAR % ELETRONICA II% % PROJETO DE UM REGULADOR DE TENSO SRIE COM DOIS TRANSISTORES% % clear all; clc; % Especificaes do regulador de tenso srie com dois transistores Vl=10; Vref=5.1; Il_max=1; Vs_max=(20+(0.1*20)); Vs_min=(20-(0.1*20)); Vbe1_min=0.6; Vbe1_max=0.7; Vbe2_min=Vbe1_min; Vbe2_max=Vbe1_max; %chamada da funo teste_transistor1 [Vceo1,Ic_max1,B1_min,Pc_max1]=teste_T1(Vs_max, Vl, Il_max); % Lao para verificar se a corrente maxima que passa pelo diodo de T1 % menor que a corrente maxima do transistor %Escolhendo o diodo zener a=0; while (a==0) %Escolhendo o diodo zener fprintf('Entre com as especificaes do diodo\n\n'); Iz_min=input('A corrente mnima que passa pelo diodo Zener = '); Pz_max=input('A potncia mxima dissipada pelo diodo Zener= '); Vz=input('A tenso no diodo zener= '); Iz_max=input('A corrente mxima que passa pelo diodo Zener = '); if(maxZ_stream (Vs_max,Vl,Vbe1_min,Vs_min,Vbe1_max,Iz_min,Il_max,B1_min) > Iz_max) fprintf ('\n\n ERROR! corrente mxima do transistor maior que que a corrente suportada pelo diodo!\n\n') pause(3) clc; else a=1; fprintf ('\n\nOK! corrente mxima do transistor menor que a corrente suportada pelo diodo!\n\n') pause(2) end end fprintf('O diodo est apto a ser usado na implementao do projeto!'); disp('clique em qualquer tecla para continuar...'); disp(' '); %chamada da funo teste_transistor2 [Vceo2,Ic_max2,B2_min2,Pc_max2]=teste_T2(Vs_max, Vl, Iz_max, Vbe1_min ); % calculo de R1 disp( 'Escolha do Resistor R1') [intervalo1,intervalo2]=intervalos(Vs_max, Vl,Vbe1_min, Iz_max, Vs_min, Vbe1_max,Iz_min, Il_max,B1_min); c=0; while c==0 fprintf ('Escolha um valor para R1 dentro do seguinte intervalo: %d Ohms e %d Ohms \n', intervalo1, intervalo2); R1=input('R1 = '); if (R1>intervalo2 || R1intervalo2_R2 || R2(Vs_max-Vl) && Ic_max1>Il_max && Pc_max1>((Vs_max-Vl)*Il_max))fprintf('O transistor T1 escolhido satisfaz as exigncias iniciais!')endend

~Testar Transistor 2 (T2)~

% Condies iniciais do transistor T2function [Vceo2,Ic_max2,B2_min2,Pc_max2]=teste_T2(Vs_max, Vl, Iz_max, Vbe1_min)Vceo2=45;Ic_max2=1;B2_min2=20;Pc_max2=8; %verificando se o transistor T1 satisfaz as condies if(Vceo2>(Vbe1_min+Vl)- Vz) && Ic_max2>Iz_max && Pc_max2>( Vbe1_min+Vl)- Vz)*Iz_max)disp('O transistor T2 escolhido satisfaz as exigncias iniciais!')end

~Verificao da corrente mxima suportada pelo diodo zener~

%cluclo da corrente mxima que passa pelo diodo zenerfunction [Iz_maxT] = maxZ_stream (Vs_max,Vl,Vbe1_min,Vs_min,Vbe1_max,Iz_min,Il_max,B1_min) Iz_maxT=(((Vs_max-Vl-Vbe1_min)/(Vs_min -Vl-Vbe1_max))*(Iz_min+(Il_max/B1_min))); end

~ Clculo de R1 e seus intervalos ~

%intervalo de escolha do resistor R1function [intervalo1, intervalo2]=intervalos(Vs_max, Vl,Vbe1_min, Iz_max, Vs_min, Vbe1_max,Iz_min, Il_max,B1_min) intervalo1=((Vs_max-Vl-Vbe1_min)/(Iz_max));intervalo2=((Vs_min-Vl-Vbe1_max)/(Iz_min+(Il_max/B1_min)));end~Potncia mxima dissipada em R1 ~

%funo para encotrar a potencia maxima dissipada no resistor 1function [PotS_max]=Potencia_max(Vs_max,Vl,Vbe1_min, R1) PotS_max=(((Vs_max-(Vl+Vbe1_min))^2)/(R1)); end~Clculo da corrente Iz_mxima do diodo~

%correntes mxima do diodo para um R1 escolhidofunction [Iz_maxT, Iz_minT]=stream_maxZener(Vs_max,Vs_min,Vl,Vbe2_min,Vbe2_max,R1,Ic_max2,B1_min) Iz_maxT=((Vs_max-Vl-Vbe2_min)/(R1));Iz_minT=((Vs_min-Vl-Vbe2_max)/(R1))-(Ic_max2/B1_min); end

~ Clculo de R2 e seus intervalos ~

% funo para encontrar os intervalos do valor de R2function [intervalo1_R2, intervalo2_R2]=intervalos_2(Vl,Vz,Vbe2_min, Iz_maxT,Vbe2_max,Iz_minT)intervalo1_R2=((Vl-Vz-Vbe2_min)/(0.1*Iz_maxT));intervalo2_R2=((Vl-Vz-Vbe2_max)/(0.1*Iz_minT));end

~ Potncia mxima dissipada em R2 ~

%funo para encontrar a potencia maxima dissipada no resistor 2function [PotS_R2]=Potencia_max2(Vl,Vz, Vbe2_min,R2) PotS_R2=((Vl-Vz-Vbe2_min)^2/R2);end

~ Potncia mxima dissipada em R3 ~

%funo para encotrar a potencia maxima dissipada no resistor 3function [PotS_R3]=Potencia_max3(Vz, Vbe2_max,R3) PotS_R3=(Vz+Vbe2_max)^2/R3; end

3. Referncias Bibliogrficas

Malvino, Albert Paul - ELETRNICA - vols. 1 e 2 - Ed. McGraw-Hill SP - 1.986Boylestad, Robert - Nashelsky, Louis - DISPOSITIVOS ELETRNICOS E TEORIA DE CIRCUITOS - Ed. Prentice/Hall Brasil - RJ - 1.993Schilling, Donald L. - Belove, Charles - ELECTRONIC CIRCUITS - McGraw-Hill International Editions - SingaporeHorenstein, Mark N. - MICROELETRNICA CIRCUITOS E DISPOSITIVOS - Ed. Prentice/Hall - RJ - 1.996Grob, Bernard - BASIC ELECTRONICS - McGraw-Hill Kogakusha - Tokyo - 1.990Ibrape - MANUAL DE TRANSISTORES - DADOS PARA PROJETOS - 1.9901

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