Aula 14 - Configurações de circuitos com Transistores: base, coletor e emissor comum

Um amplificador apresenta altos níveis de tensão e ou corrente, baixa sensibilidade (alto ganho). 

A classe A de amplificação possui como característica uma operação em 360° do ciclo de trabalho. O Transistor de Junção Bipolar está caracterizado por uma polarização no centro da região linear.

Configuração emissor comum

Nos amplificadores de Potência Classe A são usados transistores com alta capacidade de dissipação de calor (transistores de potência – famílias BD, TIP) e é necessário a utilização de dissipadores de calor. Os transistores de potência apresentam em geral baixo HFE. A melhor forma de se polarizar um transistor para operar em Classe A é a polarização por divisor de tensão, por se apresentar maior estabilidade o que nos garantirá uma ponto quiescente estável no centro da região linear.

Pode-se instantaneamente escrever três importantes malhas do circuito: 

• Equação 1 - Vcc = VR1 + VR2; 
• Equação 2 - VR2 = Vbe + VRe;
• Equação 3 - Vcc = VRc + VCE + VRe;

Escolhendo valores adequados para os resistores podemos fazer com que essa polarização adquira estabilidade térmica. Um aumento da temperatura de junção do transistor causará um aumento na corrente de coletor o que fará com que o transistor dissipe mais potência e aumentará a temperatura de junção o que, consequentemente, fará a corrente do coletor aumentar ainda mais. O resistor de emissor fará com que cada vez que a corrente de coletor aumente a corrente de base diminua, pois VRe aumenta. Para uma boa estabilidade térmica utiliza-se VRE aproximadamente 1/10 de VCC. 

Para que o amplificador funcione perfeitamente em sinais alternados foram adicionados os capacitores Cs, Ce e Cc. O capacitor Cs tem como função bloquear qualquer sinal CC na entrada que poderia mudar a polarização do BJT. O capacitor Cc também bloqueará um sinal CC: Vce fazendo com que na saída só haja o sinal de entrada amplificado. Ce, por sua vez, terá como função fazer o emissor o terra para os sinais de entrada e saída, sem, contudo, influenciar na realimentação CC de Re. As retas de carga serão determinadas pelas malhas AC e CC do coletor:

No gráfico percebe-se que os limites para o valor de pico do sinal será Vceq e Icq.rc, assim o menor deles deverá ser considerado como menor excursão de pico para o sinal de saída.

O ponto para operação com maior eficiência (P.O.E), deverá ser posicionado no centro da reta de carga CA, o que poderá, na prática, ser feito utiliza-se VCE aproximadamente 1/2 de VCC. A eficiência do amplificador é definida pela razão entre a potência eficaz entregue a carga e a potência CC média consumida da fonte de alimentação. A Classe A de amplificação permite uma eficiência máxima teórica de 25%.

Características de um amplificador com transístor em emissor comum:

• IMPEDÂNCIA DE ENTRADA (Ze): É igual ao quociente entre a tensão de entrada (Ee = tensão CA do sinal de entrada) e a corrente de entrada (Ie = corrente CA do sinal de entrada). A impedância de entrada está compreendida entre 10KΩ e 100KΩ. Ze=Ee / Ie 

• IMPEDÂNCIA DE SAÍDA (Zs): É igual ao quociente entre a tensão CA do sinal de saída (Es), quando a saída esta em vazio (isto é, Is = 0) e a corrente CA do sinal de saída (Is), quando a saída está em curto-circuito (Es =0).A impedância de saída esta situada entre 10KΩe 100KΩ. Zs= Es (saída em vazio)  /  Is (saída em curto)

• AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE (Ai): é o quociente entre a corrente CA do sinal de saída e a corrente CA do sinal de entrada. A amplificação de corrente está compreendida entre 10 e 100 vezes. Ai = Is / Ie 

• AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO (Av): é o quociente entre a tensão CA do sinal de saída e a tensão CA do sinal de entrada. A ampificação de tensão está situada entre 100 e 1000 vezes. Av = Es / Ee

• AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA (Ap): é igual ao produto entre a amplificação de corrente e a amplificação de tensão. A amplificação de potência está compreendida entre 1.000 e 100.000 vezes. Ap = Ai x Av 

• RELAÇÃO DE FASE: Ocorre uma defasamento de 180° entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada (180° = 180 graus).

O relatório da atividade prática está disponível em: 24_09_08 R8 Transistor configuração coletor comum BC548.

Configuração coletor comum

A configuração coletor comum permite altos ganhos de corrente enquanto um ganho de tensão unitário. Por possuir alta impedância de entrada e baixa de saída é normalmente utilizado como buffer de tensão. Nessa configuração o sinal de entrada se encontra na base e o de saída no emissor, o que garante um sinal de saída sem inversão de fase. A polarização recomendada para o BJT nesta configuração é a polarização por divisor de tensão, exatamente como anteriormente.

A maneira mais prática de fazer o cascateamento é o acoplamento direto entre o dois amplificadores, um coletor-comum e o outro emissor-comum. Desta forma o nível de tensão CC do coletor do primeiro estágio polarizará o segundo estágio não necessitando assim de resistores de polarização. No circuito ao lado, o primeiro estágio verá como carga a resistência de entrada do estágio coletor-comum. Uma boa aproximação para o valor da resistência de entrada é a carga multiplicada pelo fator b de Q2.

A eficiência do amplificador é definida pela razão entre a potência eficaz entregue a carga e a potência CC média consumida da fonte de alimentação. A Classe A de amplificação permite uma eficiência máxima teórica de 25%, o que pode ser facilmente comprovado, observando as máximas excursões de sinal de saída e a potência CC drenada para esse caso. Características de um amplificador com transístor em coletor comum: 

• IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: de 100 K Ohms a 1M Ohms. 
• IMPEDÂNCIA DE SAÍDA: de 50 Ohms a 5000 Ohms. 
• AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE: de 10 a 100 vezes. 
• AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO: é menor do que 1. Neste tipo de amplificador não há amplificação de tensão. 
• AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA: de 10 a 100 vezes. 
• RELAÇÃO DE FASE: não há desfasamento entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada. 

O relatório da atividade prática está disponível em: 24_09_09 R9 Transistor configuração emissor comum BC548.

Configuração base comum

A ligação de um transistor em  base comum é uma configuração de um transistor na qual sua base é ligada ao ponto comum de entrada e saída de sinal do circuito.

Esta montagem é utilizada de forma menos frequente do que as outras configurações em circuitos de baixa frequência e é utilizada para amplificadores que necessitam de uma impedância de entrada baixa. Como exemplo temos o pré-amplificador de microfones.

É utilizado para amplificadores VHF e UHF onde a baixa capacitância da entrada e da saída é de importância crítica.

Quando um transístor bipolar é ligado em base comum, o quociente entre a corrente de colector (Ic) e a corrente de emissor (Ie) recebe o nome de ganho de corrente estático da montagem base comum e é indicado pela letra grega α (ALFA). Temos: α=Ic/Ie

Características de um amplificador com transístor em base comum: 

• IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: entre 10 ohms e 100 ohms. 
• IMPEDÂNCIA DE SAÍDA: entre 100 K ohms e 1M ohms. 
• AMPLIFICAÇÃO DE CORRENTE: é um pouco inferior à unidade (entre O,95 e O,99).Portanto, neste tipo de circuito não há amplificação de corrente. 
• AMPLIFICAÇÃO DE TENSÃO: entre 500 e 5.000 vezes. 
• AMPLIFICAÇÃO DE POTÊNCIA: entre 100 e 1.000 vezes. 
• RELAÇÃO DE FASE: não há desfasamento entre a tensão do sinal de saída e a tensão do sinal de entrada.

O relatório da atividade prática está disponível em: 24_09_10 R10 Transistor configuração base comum BC548.

O diagrama elétrico dos circuitos das atividades práticas está disponível em: 24_09_01 Transistor configuração base coletor e emissor comum BC548.

A folha de dados do transistor NPN BC548 está disponível em: 24_05_01 Transistor NPN BC546 a BC548.

A folha de dados do transistor PNP BC558 está disponível em: 24_05_02 Transistor PNP BC556 a BC558.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/09/2024

Aula 13 - Transistor de Junção Bipolar

Um transistor é um dispositivo semicondutor de três camadas no qual um tipo de semicondutor (tipo P ou tipo N) é intercalado entre dois outros tipos semelhantes de semicondutores.

Um transistor de junção bipolar é formado por três camadas de materiais semicondutores, se for um transistor pnp, ele terá duas regiões tipo p e uma região tipo n, da mesma forma, se for um transistor npn, ele terá duas regiões tipo n e uma região tipo p.

Transistores têm três terminais, a saber, emissor, coletor e base. Explicamos as funcionalidades de cada um desses terminais abaixo:

1. Emissor – Em um transistor, o emissor fornece uma grande seção de portadores de carga majoritários. O emissor é sempre polarizado diretamente em relação à base, de modo que ele fornece o portador de carga majoritário à base. O emissor de um transistor é fortemente dopado e de tamanho moderado.
2. Coletor – Em um transistor, a seção que coleta a maioria do portador de carga fornecido pelo emissor é chamada de coletor. A junção coletor-base é sempre polarizada reversamente. A seção coletora do transistor é moderadamente dopada, mas maior em tamanho para que possa coletar a maior parte do portador de carga fornecido pelo emissor.
3. Base – A seção do meio do transistor é conhecida como base. A base forma dois circuitos, o circuito de entrada com o emissor e o circuito de saída com o coletor. O emissor-base é polarizado diretamente e oferece baixa resistência ao circuito. A junção coletor-base é polarizada reversamente e oferece maior resistência ao circuito. A base de um transistor é levemente dopada e muito fina, devido ao qual oferece a maior parte do portador de carga à base.

Fig. 01 - Transistor de  junção bipolar

Transistores de junção bipolar são bastante conhecidos e utilizadas na eletroeletrônica. A estrutura simplificada e gráfico da corrente de coletor em função da tensão coletor-emissor e tensão base-emissor, etá mostrado na figura 01.

Fig. 02 - Transistores

A função dos transistores, mostrado na figura 02, é amplificar corrente. Eles podem ser usados ​​para amplificar a corrente de saída de um CI lógico de modo que possa operar de uma lâmpada, relé ou outro dispositivo de alta corrente. Ao circular corrente em uma resistência provoca uma queda de tensão de modo que o transístor pode ser utilizado para amplificar a tensão.

Um transistor pode ser utilizado como um interruptor ( saturação - com a corrente máxima, ou  em corte - totalmente sem corrente) ou como um amplificador. A quantidade de amplificação de corrente é chamado de ganho, hfe.

Fig. 03 - Tipos de transistores.

Existem dois tipos de transistores, NPN e PNP, com símbolos diferentes, mostrados na figura 03. Os terminais são chamados de base (B), colector (C) e o emissor (E).

Darlington é a configuração com dois transistores ligados em conjunto para dar um ganho muito elevado de corrente.

Além do transistor de junção bipolar (BJT) , existem transistores de efeito de campo (FET). Eles têm símbolos de circuito e propriedades diferentes.

Códigos de transistores
Existem três principais séries de códigos transistor utilizados:

1. Códigos começando com B (ou A), por exemplo, BC108, BC478. A letra B primeiro é para o silício, A é para germânio (raramente usado). A segunda letra indica o tipo, por exemplo C significa frequência de áudio de baixa potência, D significa frequência de áudio de alta potência; F significa frequência de rádio (RF) de baixa potência. O resto do código identifica o transistor. Não há nenhuma lógica óbvia para o sistema de numeração. Por vezes, uma letra é adicionada ao final (por exemplo, BC108C) para identificar uma versão especial do tipo principal, por exemplo, um maior ganho de corrente ou um estilo diferente de encapsulamento. Se um projeto especifica uma versão de maior ganho (BC108C) ele deve ser usado, mas se o código geral é dado (BC108) qualquer transistor com esse código é adequado.
2. Códigos começando com TIP, por exemplo TIP31A. TIP refere-se ao fabricante: Texas Instruments e é um transistor de potência. A letra no final identifica versões com classificações de diferentes tensão.
3. Códigos começando com 2N, por exemplo 2N3053. A inicial '2 N 'identifica a peça como um transistor (2 junções) e o resto do código identifica o transistor particular. Não há nenhuma lógica óbvia para o sistema de numeração.

Fig. 04 - Teste de transistores

Teste de transistores bipolares: Com o Multímetro Analógico é possível verificar se o transistor está aberto ou se está em curto. Para efeito de teste, um transistor bipolar pode ser considerado equivalente a dois diodos ligados em oposição. O teste é realizado com um multímetro na escala de resistência. Em geral, usamos a escala Rx10 ou Rx1 e, a resistência é baixa na polarização direta e alta na polarização inversa. Considerando a equivalência para o tipo NPN as junções emissor/base e coletor/base diretamente polarizadas devem apresentar resistência baixa. As junções emissor/base e coletor/base estão inversamente polarizadas devem apresentar alta resistência. Na medição entre coletor e emissor, a resistência deve ser alta nos dois sentidos.

Fig. 05 - Outros tipos de transistores

Um defeito comum em transistores de potência é curto entre coletor e emissor, que pode ser detectado por esses testes. Lembrar que certos tipos de transistor podem ter diodo interno entre emissor e coletor e também resistência interna entre base e emissor, mas o curto citado é observado pela baixa resistência em ambos os sentidos. 

O transistor de junção bipolar é o transistor mais importante do ponto de vista histórico e o mais utilizado. No entanto, há outros transistores: Transistor de efeito de campo (FET, “Field Effect Transistor”), transístores de junção unipolar (UJT), os transistores MOSFET (“Metal Oxide Semicondutor Field Effect Transistor”), e os CMOS (“complementary MOSFET”), os quais são muito usados na circuitos integrados de alta densidade.

Região de Funcionamento de Transistores

Fig. 06 - Regiões de funcionamento
de transistores

Em cada transístor bipolar existem duas junções que irão apresentar regiões de funcionamento diferentes, as junções base-emissor e base-coletor se encontram polarizadas direta ou inversamente.

Os transístores têm três áreas de funcionamento distintas:

• Corte - Ambas as junções estão polarizadas inversamente;
• Saturação - Ambas as junções estão polarizadas diretamente;
• Ativa - Junção base-emissor polarizada diretamente e junção base coletor polarizada inversamente.

Podemos trabalhar com a chamada curva característica de entrada. Nesta curva, para cada valor constante de VCE, variando-se a tensão de entrada VBE, obtém-se uma corrente de entrada IB, resultando num gráfico com o aspecto apresentado abaixo.
Observa-se que é possível controlar a corrente de base, variando-se a tensão entre a base e o emissor.
Através desta curva, podemos definir três estados do transístor, o CORTE, a SATURAÇÃO e a ATIVA

• CORTE: IC = 0
• SATURAÇÃO: VCE = 0
• ATIVA: Região entre o corte e a saturação.

Para a configuração Emissor Comum a relação entre a corrente de saída e a corrente de entrada determina o ganho de corrente denominado de b ou hFE (forward current transfer ratio). O ganho de corrente b não é constante, valores típicos são de 50 a 900. Matematicamente, hfe representa a razão entre a corrente do coletor (IC) e a corrente da base (IB) quando o transistor está operando em sua região ativa ou linear. É expresso como: hfe = IC / IB.

A utilização do transístor nos seus estados de SATURAÇÃO e CORTE, isto é, de modo que ele ligue conduzindo totalmente a corrente entre emissor e o coletor, ou desligue sem conduzir corrente alguma é conhecido como operação como chave.

A figura abaixo um exemplo disso, em que ligar a chave T e fazer circular uma corrente pela base do transístor, ele satura e acende a lâmpada. a resistência ligada a base é calculado, de forma que, a corrente multiplicada pelo ganho dê um valor maior do que o necessário o circuito do coletor, no caso, a lâmpada.
Veja que temos aplicada uma tensão positiva num transístor NPN, para que ele sature, conforme mostra a figura.

Os Limites dos Transístores

Fig. 09 - Parâmetros de transistores

Os transístores, como quaisquer outros dispositivos têm suas limitações (valores máximos de alguns parâmetros) que devem ser respeitadas, para evitar que os mesmos se danifiquem. Os manuais técnicos fornecem pelo menos quatro parâmetros que possuem valores máximos:

• Tensão máxima de coletor - VCEMAX
• Corrente máxima de coletor - ICMAX
• Potência máxima de coletor - PCMAX
• Tensão de ruptura das junções

Na figura 09 há exemplos de parâmetros de transístores comuns.

A folha de dados do transistor NPN BC639 está disponível em: 24_05_01 Transistor NPN BC635 a BC639.

A folha de dados do transistor PNP BC64 está disponível em: 24_05_02 Transistor PNP BC636 a BC640.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/05/2024

Equipamentos - Multímetro Analógico

Ajuste e teste são importantes, após o circuito eletrônico ser construído. Quando se trata de um circuito simples, a confirmação é fácil. No entanto, no circuito mais complexos, os ajuste são necessárias e não funcionam de imediato.

O multímetro pode medir várias grandezas elétricas. Tal como a medida do valor da resistência, da tensão, da corrente, a confirmação da polaridade do diodo, etc. Esta ferramenta é necessária para a testar um circuito eletrônico.
No multímetro do tipo analógico, o resultado da medição é confirmado com a agulha sobre o painel (medidor). Fundamentalmente seguintes itens pode ser medidos com o multímetro: tensão DC, tensão AC, corrente DC, valor da resistência, continuidade, etc. Alguns multímetros podem medir o valor do capacitor, o valor da bobina, a característica do transistor.

Medidas de Resistência: A primeira faixa da escala (Ω),  é destinada para leituras de resistência, seu valor é dado em OHMs. Com a Chave central podemos selecionar as posições X1 a X10K, após realizado o ajuste de zero. Esta escala servem também verificar se existe uma trilha aberta nas PCI além de verificar curto-circuito em terminais ou cabos.

A medição deve ser realizada com o circuito desligado. O valor a ser lido na escala é multiplicado pela posição da chave de funções em Ω.
Se a chave de funções estiver na posição X1 e o valor lido na escala for 20, então 20X1=20 Ω (OHM). Se tivesse em X100 e o valor lido na escala for 15, então 15X100=1500 Ω, (abreviando 1500Ω = 1,5KΩ ou 1K5Ω) e assim sucessivamente para as outras escalas. Para obter uma leitura de maior precisão, selecione a posição na chave de funções Ω no qual o ponteiro se posicione aproximadamente no centro da escala, onde a resolução numérica na escala é melhor.

Medidas de Tensão Contínua: A segunda faixa da escala é  (DCV) é utilizada para a medição de tensões contínuas em pilhas, baterias, fontes DC e nos circuitos eletrônicos em geral. O ponto de referência para medir tensões DC é o 0 volt (terra ou negativo da fonte). Para a medição de tensão DC com o multímetro analógico devemos observar a posição correta das pontas; sendo a ponta vermelha (+) no positivo e a ponta preta (-) no negativo ou 0 volt. A inversão das pontas em relação ao circuito movimentará o ponteiro para a esquerda, podendo danificar o multímetro. O valor deve ser lido na escala DCV (em preto). Posicionando a chave de funções na posição DC V, você conseguirá medir as seguintes tensões de acordo com a tabela abaixo.

Posição chave de funções DC V	Valor máx. a ser medido	Escala para leitura
1000	1000 volts DC	10 (acrescentar dois zeros)
250	250 volts DC	250
50	50 volts DC	50
10	10 volts DC	10
2.5	2.5 volts DC	(*) 250
0.5	0.5 volts DC	(*) 50
0.1	0.1 volt DC	(*) 10

(*) Multiplicar o valor lido na escala por 0.01


Medidas de Tensão Alternada: A terceira faixa da escala é (ACV) é destinada para medições de tensões em circuitos de corrente alternada (AC) na rede elétrica, na saída de estabilizadores e nobreaks e na saída de transformadores AC/AC. Para a verificação do valor medido utilizaremos a escala ACV (em vermelho). A função ACV utiliza a escala numérica da função DCV com a numeração da escala DC V (em preto). Posicionando a chave de funções na posição AC V, você conseguirá medir as seguintes tensões de acordo com a tabela abaixo.

Posição chave funções AC V	Valor máx. a ser medido	Escala para leitura
1000	1000 volts AC	10 (acressentar dois zeros imaginários)
250	250 volts AC	250
50	50 volts AC	50
10	10 volts AC	10

Atenção: Nunca tente medir tensões acima do indicado, posicione a chave seletora de funções corretamente para evitar danos ao multímetro.

Outras funções que podem ser encontradas no multímetro são utilizadas para testes específicos tais como: Teste de pilhas e baterias (1.5V e 9V); Teste em transístores bipolar (hFE); Teste de diodos; Teste de capacitores; Teste de indutores e Teste sonoro de continuidade (beep).

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/02/2019

EX 12.3 - Fonte de tensão regulada com circuitos integrados LM7805 e LM317

Os principais componentes das fontes de alimentação são:

• Transformador: Adapta a tensão da rede às necessidades da fonte e realiza o isolamento galvânico entre a rede e a carga (segurança).
• Retificador: Transforma a tensão alternada em pulsante unidirecional. Os retificadores de onda completa são os mais utilizados.
• Filtro: Reduz o conteúdo de harmônicos presentes na saída do retificador, proporcionando uma tensão contínua mais pura. O filtro capacitivo é mais utilizado.
• Regulador: Mantém a tensão contínua de saída fixa, mesmo com variações da corrente na carga, da tensão de linha ou da temperatura. Geralmente incorpora proteção contra sobre corrente e curto-circuito.

Os reguladores de tensão integrados tem as seguintes vantagens:

• São compactos, pequenos e de baixo custo.
• Podem não requerer dissipador ou usar um de pequenas dimensões.
• São simples de projetar e usar.
• Podem incorporar proteção de três tipos: Corrente, área de operação e temperatura.
• São ideais para regulação local (parte específica em um circuito com muitos componentes, evitando queda de tensão ou interferências causadas por longas fiações).

O LM317 é um dispositivo de três terminais que permite que um circuito regulador de tensão linear positivo seja facilmente projetado, capaz de fornecer 1,5 amperes em uma faixa de tensão de saída de 1,2 a 37 volts, dependendo da tensão de entrada.

Nesta atividade deverá ser feito a atualização do diagrama elétrico conforme montagem e medida de tensão nas saídas da fonte sem carga e com carga. Deverá também ser feito o teste de sobrecarga na fonte de tensão.

Iremos também energizar a carga com a fonte de alimentação produzida em aula estando o diagrama disponível em: 19_05_02 Fonte com regulador de tensão.

O diagrama com correção está disponível em: 24_05_01 Fonte de Alimentação com regulador SRG.

O relatório de energização e teste feito pelo Prof. Sinésio Gomes está disponível em: 24_08_03 R4 Fonte - Teste e energização SRG.

O relatório de energização e teste feito pelo aluno Matheus Guilherme Silva Rocha orientado pelo Professor Murillo Miranda está disponível em: 24_08_06 Procedimento de validação de montagem de fonte regulada com LM317.

© Direitos de autor. 2024: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/05/2024

EX12.2 - Projeto de circuito regulador de tensão com LM317

Na figura abaixo apresentamos um circuito extremamente simples de uma fonte de tensão regulada ajustável por Regulador de tensão LM317.

Dependendo do transformador usado podemos obter correntes de até 1,5ampères de saída.

A tensão de saída pode ser ajustada de 1,25V até a tensão média do retificador, que é cerca de 3V a mais do que a tensão desejada na saída, já que existe uma queda de tensão dessa ordem no regulador de tensão.

A potência dissipada pelo regulador de tensão, que deve ser montado num bom radiador de calor será dada pelo produto da diferença entre a tensão de entrada e saída, pela corrente drenada pela carga.

Aplicações típicas desta fonte estão na alimentação de pequenos dispositivos de baixas tensões (entre 1,25 e 37 V) que precisem de correntes até 1,5 A aproximadamente.

Cálculo da tensão de saída do regulador de tensão com LM317.

O primeiro passo é determinar o valor máximo da tensão de saída em função do transformador: Transformador 7,5 +7,5 V / 1 A, e do tipo de retificador, no caso em ponte.

• Vmax =  (2 √ 2 Vs - 2 Vd) / π = (2 x √ 2 x 15 - 2 x 0,7) / 3,14 = (42,4 - 1,4) / 3,14 = 41,0 /3,14 = 13,1 V.

Em seguida calculamos o valor máximo do resistor variável, para isso utilizamos o valor da corrente de ajuste de 50 μA (0,000050 A).  Vou utilizar R2 = 2KΩ.

• Vout = 1,25 (1 + R2/R1) + Iadj R2 =  1,25 (1 + 2000/240) + 0,000050 x 2000 = 1,25 ( 1 + 8,33) + 0,1 = 11,67 + 0,1 = 11,76 V.

Com esse valor a tensão máxima de saída fica cerca de 3 volts menor que a tensão eficaz do transformador o que garantirá um bom funcionamento do circuito.

Agora calculamos o valor e potência de R1: 

• R1 = 240,0 Ω.
• P = V2 / R =  1,252 /240 = 1,56 / 240 = 0,0065 W.

Escolhemos o valor comercial do resistor para que trabalhe frio (Potência nominal 3 vezes maior que potencia de trabalho) irei utilizar um resistor com valor de R = 240 Ω / 1/32 W.

Informações sobre o regulador de tensão integrado Lm317 podem ser obtidas no link: 24_09_01 Reguladores LM317.

Você pode usar a calculadora para saber o valor da tensão de saída do circuito com regulador LM317 disponível no link: Calculadora de tensão regulada com LM317.

O relatório da Atividade Prática está disponível em: 24_09_07 Regulador integrado LM317.

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/09/2024

EX12.1 - Fonte de tensão regulada com LM78L12

O objetivo principal de um regulador de tensão é limitar a corrente. Em palavras de ordem, ele cria e sustenta uma tensão de saída fixa. Mesmo se você alterar a condição de carga ou as tensões de entrada, a tensão de saída constante permanecerá a mesma.

O circuito da figura abaixo é de uma fonte 12V com o LM78L12 que pode ser montada facilmente. Esta fonte pode entregar até 100mA na saída. O esquema elétrico apresentado na figura abaixo é um Circuito Fonte 12V. Esta fonte é indicada para alimentação de circuitos não muito exigentes de baixa potência. Este circuito consegue alimentar sistemas amplificadores para computador, calculadoras ou até portáteis. Os capacitores devem ter tensão máxima de trabalho de 35 volts, e o transformador é de 15V com até 500 mA de corrente.

Lista de componentes:

• U1 - Regulador de tensão LM78L12:  +12 VDC;
• BR1 - 4 diodos retificadores 1N4007;
• T1 -  Transformador 15 volt  AC de 500mA;
• F1 -  Fusível de 0,1 A;
• S1 - Chave liga-desliga;
• R1 - Resistor de 330 ohm;
• C1 - Capacitor de 3300 uF/35V;
• C2 - Capacitor de 100 uF/35V;
• LED1 vermelho.

O relatório da Atividade Prática está disponível em: 24_09_06 Regulador integrado LM78L12.

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/02/2021

Aula 12 - Reguladores de Tensão Integrado LM78LXX, LM78XX e LM317.

Os reguladores de tensão integrados, são circuitos eletrônicos compactos capazes de manter a tensão em sua saída constante dentro de certos limites. Em sua maioria possuem 3 pinos, podendo regular tensões positivas ou negativas, sendo assim possível a construção de fontes simétricas. 

As famílias mais comum de reguladores são: 78XX e 79XX. 

Estes reguladores possuem tensão de saída fixa, e o termo “XX” representa a tensão se saída do regulador. A Série 78XX de reguladores é utilizada para se regular tensões positivas, com capacidade de corrente máxima de 1 A utilizando-se dissipadores de calor, caso contrário não deve-se ultrapassar 10% de sua corrente máxima. Os valores de tensão de saída são 5 volts para o 7805 até 24 volts para o 7824. Os reguladores de tensão são fabricados com as seguintes características:

• Corrente de saída de até 1A;
• Tensões de saída de 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V;
• Proteção contra sobrecarga térmica;
• Proteção contra curto-circuito;
• Proteção de área de operação segura do transistor de saída.

Regulador LM7805

A tensão de entrada do regulador LM7805 não deve superior a 15 V e inferior a 3 V acima da tensão de saída, caso estes limites não sejam obedecidos, os fabricantes não se responsabilizam pelo desempenho dos reguladores. As figuras abaixo mostram os encapsulamentos mais comuns e suas respectivas pinagens. Pino 1: Entrada, Pino 2: Terra e Pino 3: Saída.

Observe que o encapsulamento A possui uma aleta com um furo, este furo é utilizado para se fixar com o auxílio de um parafuso o regulador a um dissipador de calor. A aleta do encapsulamento está eletricamente ligada ao pino 2 do circuito integrado, sendo assim, requer-se cuidado e atenção ao manipular o componente, devendo ser o mesmo parafusado no dissipador utilizando-se um parafuso com arruela isolante, pasta térmica para transferência de calor e uma pequena lâmina de mica, isolando o corpo do CI do dissipador. 

Informações sobre reguladores de tensão integrado podem ser obtidas no link: 20_05_01 Reguladores 78XX.

A Séries 78LXX possui as mesmas características de regulação de tensão que as anteriores, porém possui capacidade de corrente de saída menor, 100 mA.

Regulador LM78L05

O regulador de tensão 78L05 é um regulador linear de tensão, que pode fornecer até 100mA de corrente com uma tensão de saída de 5V. Ele é muito popular graças a sua versatilidade, possuindo apenas 3 pinos: um para entrada, um para terra e outro para saída.

• Tensão de Saída: 5V;
• Corrente Máxima: 100mA;
• Tipo do Regulador: Linear;
• Encapsulamento: TO-92.

O relatório da Atividade Prática está disponível em: 24_09_06 Regulador integrado LM78L12.

Regulador LM317

Outro regulador de tensão integrado bastante utilizado é o LM317. Os reguladores de tensão da família LM317 são fabricados com as mesmas características do reguladores anteriores, adicionados de:

• Limitação de corrente por aumento de temperatura;
• Operação flutuante para aplicações de alta tensão.

O circuito com LM317 mostrado na figura abaixo é a configuração típica do diagrama do circuito regulador de tensão LM317 incluindo os capacitores de desacoplamento. 

Este circuito LM317 é capaz de fornecer fonte de alimentação DC variável com uma saída de 1,5A e pode ser ajustado até 30V. O circuito consiste em um resistor de lado baixo e um resistor de lado alto conectados em série formando um divisor de tensão resistivo que é um circuito linear passivo usado para produzir uma tensão de saída que é uma fração de sua tensão de entrada.

Os capacitores de desacoplamento são usados ​​para desacoplar ou impedir o acoplamento indesejado de uma parte de um circuito elétrico de outra parte. Para evitar o efeito do ruído causado por alguns elementos do circuito sobre os elementos restantes do circuito, os capacitores de desacoplamento no circuito são usados ​​para endereçar o ruído de entrada e os transientes de saída. Um dissipador de calor é usado com o circuito para evitar que os componentes fiquem superaquecidos devido a mais dissipação de energia.

O relatório da Atividade Prática está disponível em: 24_09_07 Regulador integrado LM317.

Aplicações: Na Figura abaixo temos o diagrama esquemático de um regulador positivo onde podemos utilizar qualquer um dos tipos para as diversas tensões de saída, devendo observar a tensão de  entrada em relação ao regulador que será utilizado.

Neste circuito devemos escolher a tensão de trabalho do capacitor C1 de acordo com a tensão de entrada e o regulador utilizado, este capacitor deve ter seu valor de tensão em pelo menos o dobro da tensão de entrada; o valor em uF para qualquer tipo de regulador utilizado poderá ser sempre o valor de 1000uF à 2200uF. Os capacitores C2 e C3 melhoram a resposta a transientes da tensão, e seus valores podem ser 330nF para C2 e 10nF para C3.

Se o circuito for montado em uma placa de circuito impresso, as trilhas VCC e GND deverão ser as mais largas possíveis. O transformador TR1 deverá ser capaz de fornecer uma corrente no secundário de pelo menos 1 Amperes, e os diodos retificadores também devem acompanhar esta corrente média, como por exemplo os da série 1N4001 À 1N4007.

Você pode usar a calculadora para saber o valor da tensão de saída do circuito com regulador LM317 disponível no link: Calculadora de tensão regulada com LM317.

Iremos energizar uma lâmpada automotiva com a fonte de alimentação regulada produzida em aula estando o diagrama disponível em: 24_05_01 Fonte de Alimentação com regulador SRG.

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2024

Aula 11.2 - Displays de LED

Displays de LED são pacotes de LEDs dispostos em um determinado padrão, o padrão mais familiar sendo os displays de 7 segmentos para mostrar números (dígitos 0 a 9). As figuras abaixo ilustram alguns dos displays populares:

Tipos  de display
Matriz de pontos.	Display de 7 segmentos.	Bargraph display.

As conexões de pinos de displays de LED são mostradas abaixo. Existem muitos tipos de display LED e o catálogo do fornecedor deve ser consultado para as ligações dos pinos.
O diagrama à direita mostra um exemplo do catálogo Eletrônica Rápida. Como muitos displays de 7 segmentos, este exemplo está disponível em duas versões: ânodo comum (SA), com todos os ânodos LED ligados entre si e catodo comum (SC) com todos os cátodos conectados juntos. Letras de abdaefg referem aos sete segmentos, A / C é o ânodo ou cátodo comum conforme apropriado (em 2 pinos). Note que alguns pinos não estão presentes (NP), mas a sua posição ainda está numerada.

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EX 11.1 - Diodo Emissor de Luz - Parte Prática

Se você conectar um LED á alimentação de 5 volts diretamente, você irá queimá-lo instantaneamente. A alta corrente destruiria a junção pn. Para isso não ocorrer usamos um resistor limitador de corrente. Um LED vermelho usualmente trabalha com corrente direta máxima (IF) de 20 mA e tensão direta de VF: 2,0 Volt. Se quiser usá-lo onde a fonte de alimentação é de 5 Volt, temos que usar um resistor para dissipar os 3 volts restantes. 

Cálculo do resistor de polarização do diodo emissor de luz (LED).

Para calcular o resistor, usamos: R = V / I = (5 Volt - 2 volt) / 20 mA = 150 Ohm.
Para o resistor não queimar por excesso de calor, temos que calcular a dissipação de energia. Esta se calcula como: P = V * I =  (5 Volt - 2 volt) x 20 mA = 3 volts * 20 mA = 70 mW. Portanto, é seguro escolher um resistor de 150 Ohm com potência de 1/4 Watt (3 vezes mais potente o resistor irá trabalhar frio).

A tabela abaixo mostra as várias intensidades de corrente para diferentes cores de LED's de 5 milímetros. Usando a equação anterior com o correspondente LED que você deve ser capaz de calcular o valor da resistência necessária.
Objetivo: Medir tensão e corrente, calcular potência em resistores. Efetuar medidas com o multímetro, aprendendo a manuseá-lo de forma cuidadosa e correta.
Atividade Prática 01 : Fazer  medidas de tensão e corrente em resistores associados em série com LED's utilizando multímetro, com os valores da leitura calcular a potência dissipada e medir a temperatura do componente e fazer as anotações em tabela.

No link a seguir há exercícios de aplicação: 23_05_06 Aplicação de associação de resistores (LED)  e o relatório esperado da atividade: 24_04_06 R4 Circuitos LED's: Simples, Série e Paralelo .

Há uma calculadora online para resistores em série com LED's disponível em: Digikey_Calculators_Electronic .

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Aula 11.1 - Diodo Emissor de Luz

O diodo emissor de luz (LED) emite luz quando uma corrente elétrica passa através deles. Os LEDs devem ser ligados na polarização direta. Alimentação positiva (+) para anodo (A) e negativa (-) para catodo (k). O cátodo é o terminal mais curto e pode haver um chanfro plano sobre o corpo de LEDs redondos. Se você ver no interior do LED o catodo é o maior eletrodo. Nunca ligar um LED diretamente a uma bateria ou fonte de alimentação! Ele será destruído quase instantaneamente porque a corrente é muito alta vai passar e queimá-lo.

LEDs devem ter uma resistência em série, para limitar a corrente a um valor seguro, para fins de teste rápido um resistor de 1 kohm é adequado para a maioria dos LEDs se a sua tensão de alimentação é de 12 V ou menos. Os LEDs  estão disponíveis em várias cores. As cores mais comuns são o vermelho e o verde, mas há ainda os azuis. O dispositivo mais à direita na foto combina um LED vermelho e LED verde em um único encapsulamento. O terminal do meio é comum para ambos os LEDs. O terminal de um lado é para o LED verde, o outro para o LED vermelho. Quando ambos estão ligados ao mesmo tempo, torna-se cor laranja.

Normalmente o material semicondutor usado para fabricação de LED é chamado arseneto de alumínio e gálio (AlGaAs) . Dopando-se com fósforo, a emissão pode ser vermelha ou amarela, de acordo com a concentração. Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio, a luz emitida pode ser verde ou amarela. Hoje em dia, com o uso de outros materiais, consegue-se fabricar LEDs que emitem luz azul, violeta e até ultravioleta. Existem também os LEDs brancos, mas esses são geralmente LEDs emissores de cor azul, revestidos com uma camada de fósforo do mesmo tipo usado nas lâmpadas fluorescentes, que absorve a luz azul e emite a luz branca.

Cálculo do resistor de polarização do diodo emissor de luz (LED).
Se você conectar um LED á alimentação de 5 volts diretamente, você irá queimá-lo instantaneamente. A alta corrente destruiria a junção pn. Para isso não ocorrer usamos um resistor limitador de corrente. Um LED vermelho usualmente trabalha com corrente direta máxima (IF) de 20 mA e tensão direta de VF: 2,0 Volt. Se quiser usá-lo onde a fonte de alimentação é de 5 Volt, temos que usar um resistor para dissipar os 3 volts restantes. Para calcular o resistor, usamos: R = V / I = (5 Volt - 2 volt) / 20 mA = 150 Ohm.
Para o resistor não queimar por excesso de calor, temos que calcular a dissipação de energia. Esta se calcula como: P = V * I =  (5 Volt - 2 volt) x 20 mA = 3 volts * 20 mA = 70 mW. Portanto, é seguro escolher um resistor de 150 Ohm com potência de 1/4 Watt (3 vezes mais potente o resistor irá trabalhar frio).

Atividade Prática 01 : Fazer  medidas de tensão e corrente em resistores associados em série com LED's utilizando multímetro, com os valores da leitura calcular a potência dissipada e medir a temperatura do componente e fazer as anotações em tabela.

No link a seguir há exercícios de aplicação: 23_05_06 Aplicação de associação de resistores (LED)  e o relatório esperado da atividade: 24_04_06 R4 Circuitos LED's: Simples, Série e Paralelo .

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