Introdução teórica Aula 8: Fonte de Tensão Regulada Regulador

EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 8 EEL/CTC/UFSC Introdução teórica Aula 8: Fonte de Tensão Regulada Regulador LM7805 78xx é o nome de uma popular família de reguladores positivos de tensão. É um componente comum em muitas fontes de alimentação. Eles têm três terminais (tensão de entrada, tensão de saída e ground) e especificações semelhantes que diferem apenas na tensão de saída fornecida ou na intensidade da corrente. A intensidade máxima depende está por volta de 1A. A tensão de saída varia entre 3,3 e 24 volts, dependendo do modelo e é especificado pelos dois últimos dígitos (por exemplo 8V para o 7808). A série de reguladores positivos da tensão 78xx são complementados pelos 79xx, que proporcionam tensões negativas uteis em sistemas em que são necessárias tensões positivas e negativas (uma vez que a série 78xx não pode ser utilizado para regular tensões negativas). Um dos reguladores mais usados é o 7805 (ver pinagem do 7805 e símbolo na figura acima), o qual proporciona uma tensão de saída de 5V e é muito útil para aplicações Transistor-­‐Transistor Logic (TTL). Fonte de tensão regulada Uma das aplicações dos reguladores de tensão pode ser o gerador de tensão DC regulada. Na figura abaixo mostrada podemos ver as diferentes etapas para passar de um sinal AC de 127V pico a pico e 60Hz de frequência a uma tensão DC regulada por um regulador LM78XX. A primeira etapa consiste num retificador de onda (media ou completa) usando diodos, a segunda etapa consiste em filtrar este sinal usando um capacitor. Por último o sinal retificado é regulado ao nível DC desejado, usando um regulador LM78XX. É importante destacar que pode ser usado um capacitor adicional na saída do regulador para eliminar ainda mais o ruído indesejado. 1/6 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 8 EEL/CTC/UFSC Roteiro laboratório Aula 8: Fonte de Tensão Regulada Lista de material •
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Osciloscópio e transformador da bancada; Resistor R = 470Ω; Capacitores C1 = 100µF, C2 = 220µF, C3 = 68µF e C0 = 100nF; Capacitor adicional de 100nF; Diodo 1N4002 e regulador LM7805 ou equivalentes; Introdução Nesta experiência, você irá montar uma fonte de tensão regulada de 5Vcc. Para isto será usado um retificador de meia onda aplicado à saída do transformador da bancada, seguido de um filtro capacitivo e de um circuito integrado regulador. O circuito completo, o qual será obtido ao final da experiência, está mostrado na figura abaixo. Roteiro da experiência 1) Neste exercício você irá montar um circuito retificador de meia-­‐onda. a) Configure o menu TRIGGER para Origem = Linha. Esta configuração deve ser mantida durante todos os experimentos desta aula. b) Ajuste a escala do CH1 para 5V/div e a posição vertical para 0 (centralizado na tela). Faça o mesmo para o CH2. Em ambos os canais utilize acoplamento CC. c) Monte o circuito abaixo e esboce os sinais observados, indicando seus valores máximo e mínimo. A tensão de 12Vac é obtida a partir de dois terminais adjacentes do transformador da bancada. 2/6 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 8 EEL/CTC/UFSC d) Como você explicaria o sinal observado na saída do circuito? (Dica: para responder essa questão, configure o CH2 com a mesma escala de tensão e a mesma posição vertical do CH1. Lembre-­‐se também da Lei de Kirchhoff das Tensões.). e) Meça o valor médio da tensão sobre o resistor e compare com o valor médio teórico. (Lembre-­‐se de deixar pelo menos 10 períodos mostrados na tela para realizar a medição. Nesse caso, a escala horizontal de 25ms/div é adequada). 2) Agora, você irá observar o efeito de retificação proporcionado pelo diodo, e em seguida o efeito de filtragem realizado pelo capacitor. a) Monte o circuito abaixo. Note que basta adicionar o capacitor C1 em paralelo com o resistor no circuito da questão anterior. Cuide para que a polaridade do capacitor seja respeitada. A inversão da polaridade pode danificar o componente. b) Deixe o CH2 sobreposto ao CH1, isto é, na mesma escala e posição vertical. Utilize escala de tempo de 5ms/div. Observe que apareceu uma distorção na tensão nos terminais do transformador (CH1). Esta distorção é devido à impedância (“resistência interna”) do transformador, que quando percorrida por uma corrente (que o retificador precisa para carregar o capacitor no pico da senóide), gera uma queda de tensão. c) Meça os valores máximo, mínimo e médio da tensão no CH2 e preencha a primeira linha da tabela 1. Em seguida, realize as mesmas medidas trocando o capacitor C1 (100µF) por C2 (220µF) e preencha a segunda linha da tabela 1. d) Explique o que acontece com o aumento do valor do capacitor. 3) Nesta questão você irá construir um circuito regulador de tensão encontrado em diversos equipamentos eletrônicos. Com este circuito é possível obter uma tensão de 5Vcc estabilizada (regulada). a) Monte o circuito a seguir com os capacitores C0 = 100nF e C3 = 68µF. Observe que, agora, o CH1 deve mostrar a tensão na entrada do regulador, vin(t), enquanto o CH2 deve mostrar a tensão obtida na saída do regulador, vout(t). 3/6 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 8 EEL/CTC/UFSC b) Deixe o CH2 sobreposto ao CH1, isto é, na mesma escala e posição vertical. Utilize escala de tempo de 5ms/div. Observe as formas de onda. c) Ajuste a escala horizontal para 25ms/div e meça a tensão no CH1, preenchendo a tabela abaixo. ATENÇÃO: diferentemente da questão anterior, as medidas abaixo devem ser feitas para a tensão no CH1 (que agora mostra a tensão no capacitor). d) Substitua o capacitor C3 de 68µF pelo capacitor adicional de 100nF. O que acontece com a tensão de saída do regulador (CH2)? Por quê? Determine também o menor valor de Vin (CH1) tal que Vout = 5V (CH2). (Dica: meça usando um cursor de tempo com origem no CH1.) 4/6 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 8 EEL/CTC/UFSC Aluno(a): ______________________________________________________. Turma: ______________________ Matrícula: _______________________ Data: _____/_____/__________ Nota: ________________________ Questão 1.c)
Questão 1.d)
Questão 1.d)
Vmed =
Vmax
(teórico) π
Vmed (medido) Tabela 1
Vmax (CH2) Vmin (CH2) Vmed (CH2) C = 100µF C = 220µF 5/6 EEL7011 – Eletricidade Básica – Aula 8 EEL/CTC/UFSC Questão 2.d)
Questão 3.c)
Vmax (CH1) Vmin (CH1) Vmed (CH1) Questão 3.d)
Questão de preparação
Abra o datasheet da série de reguladores LM78xx (disponível no moodle) e pesquise as seguintes informações: a) Pinagem (isto é, nome de cada pino e sua localização no dispositivo); b) Máxima tensão de entrada (VI) para uma tensão de saída (VO) entre 5V e 18V; 6/6