Projeto de Eletrônica Analógica e Digital

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Nesse caso, o valor de Vref é fixado como aproximadamente 6,2 V. A partir desse ponto, a rede pode produzir um valor de tensão positivo ou negativo, conforme requisitado.

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Figura 4. Tensão em Vref

- Positivo: O Vref é direcionado a um amplificador operacional inversor, cuja saída está associada a um transistor TBJ.

Inicialmente, é interessante comentar sobre a alimentação do amplificador TL071. Sua corrente suportada é de 20 mA e a tensão de alimentação máxima deve estar na faixa 30 - 36 V. Caso a alimentação seja feita com as tensões +Vcc e –Vcc, o módulo da soma dessas duas referências irá exceder o potencial suportado. Para contornar esse problema, um circuito auxiliar foi produzido (Figura x) com a finalidade de reduzir uma das tensões.

Esse componente auxiliar funciona também como um regulador, composto por um Zener, um resistor, um capacitor de 10 uF e um transistor. A regulação é feita de modo a retornar uma tensão de aproximadamente -9V. A escolha do resistor foi baseada no cálculo:

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O que traz um resistor de R = 825 Ω para valores reais. O Zener e o transistor (PNP) foram projetados para suportar a corrente definida.

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Figura 5. Circuito auxiliar para alimentar o Ampop

Tendo o amplificador devidamente alimentado, é necessário discutir agora sobre os resistores da configuração não inversora e o transistor associado. O valor da resistência foi definido segundo a relação fornecida pelo amplificador não inversor:

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Tendo essa razão como parâmetro, as resistências foram testadas e escolhidas como sendo de 2,55 kΩ e 1,82 kΩ, respectivamente.

O transistor utilizado é o Tip 122, caracterizado por ter um valor de β muito alto (em torno de 1000). Essa consideração implica que a corrente Ib do coletor pode ser aproximada para 0, e Ic e Ie são fixados como aproximadamente de mesmo valor. Essa suposição será importante para explicar o circuito de proteção contra curtos na próxima seção.

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Figura 5. Regulador final do circuito

Ao final, a carga R6 (de pior caso 7,5 Ω) deve apresentar uma tensão variável de +15 V, a depender da impedância da carga e da regulação do potenciômetro.

- Negativo: Para implementar a tensão negativa sobre a carga, o Vref obtido a partir do regulador shunt é passado por um novo nó através de um buffer (aqui utilizado com intenção de evitar oscilação na tensão) até a entrada inversora do amplificador operacional. Da relação de um amplificador operacional inversor tem-se:

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Esse cálculo permitiu a escolha das resistências como sendo, respectivamente, 25 kΩ e 10,4 kΩ.

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Figura 6. Regulador final negativo

O TL071 utilizado apresenta a mesma particularidade de alimentação do circuito positivo. Por isso é necessário criar um novo componente auxiliar, desta vez para produzir 9 V positivos. A configuração utilizada é a mesma, com diferença de orientação do Zener e do tipo de transistor (NPN).

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Figura 7. Circuito auxiliar para alimentação do Ampop

A montagem final é semelhante à discutida anteriormente, com a diferença de que a carga receberá uma tensão de saída de -15 V. Isso é explicitado na Figura 6.

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Figura 8. Saída final da fonte

PARTE III – PROTEÇÃO CONTRA CURTOS

Até este ponto do trabalho, o regulador de tensão já está funcionando e retornando os valores estipulados no projeto. Contudo, é necessária ainda a implementação de um novo elemento, um circuito que atue como proteção contra curtos. O princípio dessa montagem deve atender à especificação de que a corrente não pode ultrapassar 2 A.

O recurso empregado foi o de Proteção por Limitação. Ao inserir um outro transistor entre os terminais de saída do amplificador e do resistor R3 (ou R10) é criada uma nova relação conhecida como foldback. O fenômeno do foldback em transistores permite que estes componentes atuem diminuindo a tensão e a corrente de forma contínua. A produção de um curto-circuito, em que Vo é reduzido a 0 V, permite que a corrente seja limitada a uma fração bem menor de seu valor máximo (500 mA, para os transistores escolhidos). Deve ser considerada ainda a presença do transistor U5 (ou U4), cujo funcionamento explicado anteriormente provoca a necessidade de se gerar uma corrente Ib = 0 A, a qual será fornecida pelo coletor ou emissor do transistor Q1 (ou Q3).

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Figura 9. Circuitos de proteção por limitação contra curto

Por fim, há um Rshunt de 0,35 Ω adicionado, e a regulação de corrente permanece em torno de 2 A.

Figura 10. Saída máxima de corrente[pic 29]

ANÁLISE DE RIPPLE E REGULAÇÕES DE LINHA E CARGA:

A tensão de ripple é identificada num circuito como sendo a diferença entre o potencial máximo e o mínimo de uma forma de onda. Para observar se o ripple é menor do que 1%, deve-se simular o projeto e realizar a análise da saída. Isso está demonstrado nas Figuras 11 e 12, para o circuito positivo e o negativo.

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Figura 11. Tensão de ripple positiva

Figura 12. Tensão de ripple negativa[pic 31]

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Sendo que 1% do valor máximo