Ficha 02 · Diagnóstico e projeto de fontes de alimentação

Grupo I · Diagnóstico de circuito (30 pts)

Analisa o esquema de uma fonte de alimentação abaixo descrito e identifica pelo menos 3 erros presentes:

Esquema descrito:

• Transformador 230V / 9V RMS ligado à rede
• Díodo 1N4148 (sinal, corrente média de cerca de 150 mA, VRRM = 100 V) ligado em série com o secundário: apenas 1 díodo (meia onda)
• Condensador eletrolítico de 100 µF / 16V em paralelo com a carga
• Carga: motor DC de 500 mA / 12V
• Díodo Zener de 12V ligado em paralelo com a carga (sem resistência série)
• Condensador eletrolítico com o terminal positivo ligado ao retorno da carga (massa) e o negativo ligado ao cátodo do díodo (polaridade invertida)

Para cada erro encontrado:

• Descreve o problema (o que está errado)
• Explica a consequência (o que pode acontecer)
• Propõe a correção

Grupo II · Regulação Zener (30 pts)

Um circuito regulador usa um díodo Zener BZX55C5V1 (Vz = 5,1 V, Pz(max) = 500 mW, logo Iz(max) ≈ 500 mW / 5,1 V ≈ 98 mA) com os seguintes dados:

• Tensão de alimentação: VS = 12 V (DC, estabilizada)
• Resistência série: RS = 100 Ω
• Carga: RL = 510 Ω (ligada em paralelo com o Zener)

Exercício 1 (10 pts)

a) Calcula a corrente de carga IL. (3 pts)

b) Calcula a corrente total fornecida pela fonte (IS = corrente em RS). (3 pts)

c) Calcula a corrente no díodo Zener (IZ). (4 pts)

Exercício 2 (10 pts)

a) Calcula a potência dissipada no díodo Zener. (4 pts)

b) Calcula a potência dissipada em RS. (3 pts)

c) O díodo está dentro dos seus limites de operação? (3 pts)

Exercício 3 (10 pts)

Se a resistência de carga diminuir para RL = 51 Ω (carga mais pesada):

a) Recalcula IL e IZ. (6 pts)

b) O Zener continua a regular corretamente? Considera IZ(mín) = 5 mA. Justifica. (4 pts)

Grupo III · Projeto de uma fonte de 9 V / 300 mA (40 pts)

Projeta uma fonte regulada de 9 V / 300 mA a partir de 230 V / 50 Hz, com transformador, ponte de Graetz de 1N4007, condensador de filtro e regulador integrado 7809. Considera a rede com variação de ±10 %, queda de 0,7 V por díodo, dropout do regulador de 2 V e um ripple admissível de 1,5 V pico-a-pico à entrada do regulador.

Exercício 1 · Transformador (8 pts)

a) Qual a tensão mínima à entrada do regulador e o pico mínimo exigido ao secundário (rede a −10 %)? (4 pts)

b) Qual a tensão rms nominal mínima do secundário? Escolhe um valor normalizado (9, 12, 15 ou 18 V). (4 pts)

Exercício 2 · Retificador e filtro (12 pts)

a) Calcula o pico à saída da ponte com 12 V rms. (3 pts)

b) Calcula o condensador mínimo e escolhe o valor E6; recalcula o ripple. (5 pts)

c) Verifica o mínimo da tensão com a rede a −10 % e indica a tensão nominal do condensador (rede a +10 %). (4 pts)

Exercício 3 · Regulação (12 pts)

a) Calcula a potência dissipada no 7809 com a rede nominal e com a rede a +10 %. (4 pts)

b) Com Tj máx = 125 °C, Ta = 40 °C, Rθjc = 5 °C/W e Rθcs = 1 °C/W (valores do exercício), qual o Rθsa máximo do dissipador? (4 pts)

c) Um colega propõe um Zener de 9,1 V / 1,3 W com RS de 10 Ω. Verifica se serve. (4 pts)

Exercício 4 · Lista de materiais (8 pts)

Elabora a lista de materiais da fonte, incluindo um LED indicador de 10 mA (Vf = 2 V) ligado à saída de 9 V.