Missão do
Sistema SENAI
Contribuir para o fortalecimento
da indústria e o desenvolvimento
pleno e
sustentável do País, promovendo a educação para o trabalho e a
cidadania, a assistência técnica e tecnológica, a produção e
disseminação
de informação e a adequação, geração e
difusão de tecnologia.
O comportamento do diodo
Zener na região de ruptura permite a montagem de circuitos reguladores de
tensão, a partir de fontes que forneçam tensões onduladas, incluindo situações
em que a carga apresente um consumo variável.
Um diagrama representativo de um circuito regulador de tensão a diodo
Zener na saída de uma fonte de alimentação é ilustrado na Fig.1.
Para que o diodo Zener opere adequadamente como regulador de tensão é
necessário introduzir um resistor que limite a corrente inversa através do
diodo a um nível inferior ao valor máximo especificado pelo fabricante, conforme
indicado na Fig.2. Como pode ser aí
observado, o diodo deve ser conectado em paralelo com a carga, que fica assim
submetida à mesma tensão existente entre os terminais do Zener.
O circuito regulador com diodo Zener deve ser alimentado na entrada com
uma tensão pelo menos 40% superior ao valor da tensão Zener, para que possa
efetuar adequadamente a regulação. Por exemplo, se a tensão regulada for
especificada com um valor de 6V o circuito regulador deve utilizar um diodo
Zener com VZ = 6V e
ser alimentado com uma tensão de entrada de pelo menos 8,5V, como mostra a Fig.3.
Com base no diagrama de
circuito mostrado na Fig.4, a
corrente através do resistor limitador é dada pela soma
Is=Iz+Ir
onde:
· Is = corrente através do resistor Rs;
· Iz = corrente inversa no diodo Zener;
· IR = corrente de carga.
Com o diodo Zener operando
na região de ruptura, a corrente através do resistor limitador é tal que a
queda de tensão se torna
Vs = Vent
– Vz
(2)
onde:
· Vs = queda de tensão no resistor limitador.
· Vent = tensão de entrada.
Existem três possibilidades de variação nas
condições de operação da fonte regulada:
· Variações no nível de tensão
de entrada.
· Variações na corrente de
carga.
· Variações no nível de tensão
de entrada e na corrente de carga.
A operação do circuito regulador mediante essas
condições é analisada a seguir.
VARIAÇÕES NO NÍVEL DE TENSÃO DE ENTRADA
Esta situação é muito comum
em circuitos eletrônicos alimentados pela rede elétrica ca, como resultado da ondulação na tensão cc obtida a partir do processo de retificação com ou sem filtro
capacitivo de saída. O comportamento do circuito regulador operando sob estas
condições é discutido a seguir.
Acréscimo no nível de tensão de entrada
Quando ocorre um acréscimo
no nível da tensão de entrada, esse aumento normalmente tenderia a ser
transferido diretamente para a carga. Entretanto, o diodo Zener estando em
paralelo com a carga mantém a tensão de saída constante.
A Fig.5a mostra o circuito regulador submetido a um acréscimo na
tensão de entrada que varia de um valor Vent(t1) até um valor Vent(t2) entre os instantes de tempo
t1 e t2, de acordo com o gráfico da
Fig.5b. A este aumento de tensão
deve corresponder um aumento de corrente no circuito.
Fig.5 (a) Circuito regulador a diodo
Zener, com o gráfico ilustrativo do aumento na tensão de entrada em (b) e o aumento correspondente na corrente
através do diodo em (c).
O aumento de corrente no
circuito ocorre exclusivamente através do diodo Zener, conforme se pode
verificar a partir da curva característica mostrada na Fig.5c. Como pode ser aí observado, a corrente através do diodo que
no instantet1 valia Iz(t1), aumenta para um valor Iz(t2). Isso faz que a tensão através
do diodo aumente do valor Vz(t1) para o valor Vz(t2). No entanto, como a região de
ruptura na curva característica é praticamente vertical, a variação na tensão
Zener é muito pequena, fazendo que a tensão na carga permaneça praticamente
constante.
Pela Eq.(1), um aumento no valor da corrente
Iz provoca um aumento na corrente Is através do resistor
limitador. Esse aumento de corrente provoca um aumento na queda de tensão Vs através do resistor. Como a tensão Zener se
mantém praticamente constante, conclui-se que o aumento no valor da tensão de
entrada é totalmente aplicado entre os terminais do resistor limitador.
Decréscimo no nível de tensão de entrada
A Fig.6a mostra o gráfico da tensão de entrada quando esta diminui de
um valor Vent(t1) até um valor Vent(t2). Nessa situação a corrente no circuito tende a diminuir.
De acordo com o que foi
discutido anteriormente, essa variação de corrente ocorre exclusivamente através
do diodo Zener, conforme se pode verificar a partir de um exame da curva
característica mostrada na Fig.6b. A
queda de tensão através do diodo, e por conseqüência através da carga, sofre um
decréscimo praticamente desprezível devido à característica vertical da curva
da Fig.6b na região de ruptura.
Como a tensão Zener se mantém praticamente
constante, conclui-se que o decréscimo no nível da tensão de entrada é
totalmente aplicado entre os terminais do resistor limitador.
A
partir dessa análise pode-se extrair a seguinte conclusão, ilustrada
diagramaticamente na Fig.7:
VARIAÇÃO NA CORRENTE DE CARGA
Devido
à característica não ideal dos filtros capacitivos, a tensão de ondulação na
saída de uma fonte retificadora é influenciada pelo valor da corrente consumida
pela carga.
O
diodo Zener, quando utilizado em um circuito regulador, possibilita que a
tensão de saída permaneça praticamente invariável independentemente do consumo
de corrente pela carga.
Para o circuito representado na Fig.8, admitindo-se que a tensão de entrada seja constante e que o
diodo Zener esteja operando na região de ruptura, a Eq.(2) indica que a queda de
tensão sobre o resistor limitador é
constante.
com o numerador da Eq.(3) representando a queda de tensão no resistor Rs. Dessa forma, a corrente Is permanece constante.
Da Eq.(1), reproduzida a seguir,
Is = Iz
+ IR
(1)
nota-se que, como a soma das correntes no segundo
membro é constante, então:
IR
|
Þ
|
Iz ¯
|
IR ¯
|
Þ
|
Iz
|
A partir das relações representadas no diagrama
anterior pode-se extrair a seguinte conclusão:
Para uma tensão de entrada constante, qualquer variação na corrente
através da carga é compensada por uma variação oposta na corrente através do
diodo Zener, de forma a manter a tensão na carga praticamente constante.
VARIAÇÕES NO NÍVEL DE TENSÃO DE ENTRADA E NA CORRENTE DE CARGA
Na
maioria dos casos os circuitos reguladores estão sujeitos a variações
simultâneas de tensão de entrada e de corrente de carga. Essas variações se
traduzem como variações de tensão e corrente nos elementos do circuito
regulador, que obedecem aos dois princípios seguintes:
Variações na tensão de entrada
são transferidas diretamente para o resistor limitador.
Variações na corrente de carga
são compensadas por variações opostas de corrente no diodo Zener.
Esses
dois princípios estão representados diagramaticamente na Fig.9.
FONTE DE ALIMENTAÇÃO COM TENSÃO DE SAÍDA REGULADA A DIODO ZENER
Uma fonte de alimentação com tensão de saída
regulada a diodo Zener se compõe basicamente dos três blocos representados na Fig.10.
Os blocos do diagrama da Fig.10 realizam as seguintes funções:
Retificação: A tensão ca da rede elétrica é transformada em cc pulsada.
Filtragem: A tensão cc pulsada é filtrada, fornecendo uma saída ondulada
próxima à tensão cc ideal.
Regulação: A tensão cc ondulada é transformada em uma tensão
cc praticamente constante, como
mostrado na Fig.11.
A Fig.12
ilustra o aspecto de uma placa de circuito impresso configurada para
implementação de uma fonte cc com
tensão de saída regulada a diodo Zener, e os blocos correspondentes ao diagrama
da Fig.10. O reparo ou teste de um
circuito desse tipo pode ser realizado com base
no fluxograma mostrado na Fig.13.
Fig.13 Fluxograma utilizado para o
reparo ou teste de uma fonte cc
regulada a diodo Zener.
Nenhum comentário:
Postar um comentário