Ficha 02 · Diagnóstico e projecto de fontes de alimentação

Grupo I · Diagnóstico de circuito (30 pts)

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

Esquema descrito: - Transformador 230V / 9V RMS ligado à rede - Díodo 1N4148 (sinal, If=200mA, PIV=75V) ligado em série com o secundário — apenas 1 díodo (meia onda) - Condensador electrolítico 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) - Ligação entre o positivo do condensador electrolítico ligado ao terminal negativo do transformador (polaridade invertida)

Para cada erro encontrado: - Descreve o problema (o que está errado) - Explica a consequência (o que pode acontecer) - Propõe a correcção

Grupo II · Regulação Zener (30 pts)

Um circuito regulador usa um díodo Zener BZX55C5V1 (Vz = 5,1 V, Iz(max) = 85 mA, Pz(max) = 500 mW) 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 correctamente? Justifica. (4 pts)

Grupo III · Projecto completo — fonte 5V / 500mA (40 pts)

Projecta uma fonte de alimentação DC regulada a 5 V / 500 mA partindo de 230 VAC / 50 Hz, usando os seguintes blocos: transformador + rectificador de onda completa + filtro capacitivo + regulação Zener.

Exercício 1 · Transformador (8 pts)

a) Qual a tensão de pico necessária antes do Zener (considerando: Vz = 5,1 V, VS(min) que garante regulação com margem de 3 V)? (4 pts)

b) Qual a tensão RMS mínima do secundário do transformador? (4 pts)

Exercício 2 · Rectificador e filtro (12 pts)

Usando o transformador de 9 V RMS / 1 A escolhido:

a) Calcula Vpico à saída da ponte de Graetz. (4 pts)

b) Calcula a capacidade mínima C para Vripple ≤ 1 V com carga de 500 mA. (4 pts)

c) Indica a especificação completa do condensador a usar. (4 pts)

Exercício 3 · Regulação Zener (12 pts)

O Zener escolhido é BZX55C5V1 (Vz = 5,1 V, Pmax = 500 mW). Tenção antes do Zener: VDC = 11,3 – 0,5 = 10,8 V (com ripple)

a) Dimensiona RS para IZ(trabalho) = 20 mA e IL(max) = 500 mA. (5 pts)

b) Calcula a potência em RS e a especificação da resistência. (4 pts)

c) Calcula PZ(max) e verifica se o Zener é adequado. Propõe alternativa se necessário. (3 pts)

Exercício 4 · Lista de materiais (8 pts)

Com base nos cálculos anteriores e usando o regulador 7805 em vez do Zener, elabora a lista de materiais completa (BOM — Bill of Materials) da fonte.