Cálculo do regulador-série com um transistor (M040)

A configuração mostrada na figura 1 é básica para um regulador de tensão tipo série usando um diodo zener como referência e um transistor para controlar a corrente de carga. As seguintes fórmulas são utilizadas para calcular os elementos deste circuito:

Figura 1

Ponto de Partida

Num projeto prático é importante partir de alguns parâmetros fixos e calcular os componentes a serem utilizados a partir deles. Os parâmetros fixos a serem usados nas fórmulas seguintes são:

Fixos:

U_L = tensão na saída (carga) em volts (V)

Uin(min) = tensão mínima de entrada em volts (V)

Uin(max) = tensão máxima de entrada em volts (V)

Uin = tensão de entrada(valor entre Uin(max) e Uin(min) – normalmente a variação da tensão de entrada adotada nos projetos é de 10% em volts (V)

Iz(min) = corrente mínima através do zener (indicada pelo fabricante) em amperes (A)

I_B(max) = valor máximo da corrente de base (indicado pelo fabricante ou escolhido de acordo com o ganho do transistor como função da corrente de carga) em amperes (A)

Importante: Uin>Uz

Fórmula 1

Tensão na carga:

Onde : UL é a tensão na carga em volts (V)

Uz é a tensão do zener em volts (V)

U_BE é a queda de tensão na junção base-emissor do transistor (tipicamente 0,6 V para transistores de silício) em volts (V)

Formula 2

Tensão sobre R:

Onde: U_R é a tensão sobre R em volts (V)

Uin é a tensão de entrada em volts (V)

Uz é a tensão do zener em volts (V)

Obs: a tensão de entrada deve ser semnpre maior do que a tensão do zener para operação correta. Uma diferença de pelo menos 3 V é recomendada nos projetos comuns.

Fórmula 3

Iz(max):

Onde : Iz(max) é a corrente máxima no diodo zener em amperes (A)

Uin(max) é a tensão máxima de entrada em volts (V)

Uin(min) é a tensão mínima de entrada em volts (V)

Uz é a tensão do zener em volts (V)

Iz(min) é a corrente mínima no zener em amperes (A)

IB(max) é a corrente máxima na base do transistor em amperes (A)

Fórmula 4

IB(max)

Onde : Iz(max) é a corrente máxima no diodo zener em amperes (A)

Ic(max) é a corrente máxima no coletor do transistor (corrente de carga) em amperes (A)

é o ganho minimo do transistor usado

Formula 5

Dissipação do Zener:

Onde : Pz é a potência mínima de dissipação do zener usado em watts (W)

Iz(max) é a corrente máxima no diodo zener em amperes (A)

Uz é a tensão do zener em volts (V)

Fórmula 6

Calculando R:

Onde: R é o resistor escolhido em ohms (?)

Rmin é o valor mínimo de R em ohms (? )

Rmax é o valor máximo de R em ohms (? )

Uin(max)é a tensão máxima de entrada em volts (V)

Uin(min) é a tensão mínima de entrada em volts (V)

Uz é a tensão do zener em volts (V)

Iz(max) é a corrente máxima no diodo zener em amperes (A)

Iz (min) é a corrente mínima no diodo zener em amperes (A)

IB(max) é a corrente máxima de base no transistor em amperes (A)

Fórmula 7

Dissipação de R:

Onde : P é a potência dissipada em R em watts (W)

U_R é a tensão sobre R em volts (V)

R é a resistência em ohms (?)

Formula 8

Tensão mínima de entrada:

Where: Uin(min) é a tensão mínima de entrada em volts (V)

Uz é a tensão do zener em volts (V)

R é a resistência em ohms (?)

Iz(min) é a corrente mínima no zener em amperes (A)

Ib(max) é a corrente máxima na base do transistor em amperes (A)

Fórmula 9

Determinando o ? do transistor:

Onde: ? (min) é o ganho mínimo do transistor usado

Ic(max) é a corrente máxima no coletor do transistor (corrente de carga) em amperes (A)

I_B(max) is the maximum base current in the transistor in amperes (A)

Exemplo de Aplicação:

Calcule os elementos práticos do circuito regulador de tensão da figura 2, partindo das informações dadas a seguir:

Figura 2

Dados: Uin = 10 V (10% de variação)

Uin(max) = 11 V

Uin(min) = 9 V

UL= 6 V

IL = 500 mA

Os parâmetros do zener serão fixados depois que a tensão for determinada.

Calculando Uz usando a fórmula 1:

Uz = Uin + 0.6 (vamos usar um transistor de silício)

Uz = 10 - 3.4

Uz = 6.6 V

(adotamos a tensão média de entrada)

Calculando U_R

U_R = 3.4 V

Determinando Iz(max) usando a fórmula 4:

Calculando R: (fórmula 6)

81.4<R<113 ohms

Use um resistor de 100 ? para R.

Determinando o ? mínimo para o transistor (fórmula 9)

Determinando a dissipação de potência de R: (fórmula 7)

O usado para U_R é Uin(max).

Um resistor de 1/4 ou 1/2 W pode ser usado num circuito prático.

Calculando a dissipação do diodo zener usando a fórmula 5:

Um diodo zener de 1/2 ou 1 W pode ser usado na prática