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3 Resultados e Discussão
Neste capítulo serão apresentados os resultados teóricos e práticos acerca de parte do circuito explorado neste trabalho. Sendo assim, primeiramente, para as simulações foi utilizada a plataforma online CircuitLab, apresentando modelos de componentes eletrôni-cos necessários, eficiente simulação com alta acurácia, o que apropriado para o andamento do projeto. Além do mais, toda a experimentação prática foi realizada no laboratório de Engenharia Biomédica (LaB) da Universidade de Brasília. Posteriormente, serão apresen-tadas as discussões relacionadas as limitações eletrônicas e de execução até esta etapa de desenvolvimento.
40 Capítulo 3. Resultados e Discussão
utilizada a topologia coletor comum, no entanto com a finalidade de alterar a tensão de referência do regulador de tensão utilizado, aumentando-se o nível da tensão de referên-cia de aproximadamente 641 mV para 1,895 Volts, sendo que está variação é a mesma variação apresentada na saída do regulador de tensão. Basicamente, a queda de tensão sobre o potenciômetro é a tensão na base do transistor PNP, resultando em uma tensão no pino emissor deste componente igual a tensão na base somada a uma tensão próxima a 0,7V (que se trata de uma diferença de tensão inerente a junção emissor-base deste tipo de componente).
Tendo em vista que não se fez possível o teste com o laser de diodo propriamente dito, optou-se por utilizar um regulador de tensão do tipo LM7805, com o porquê de se trabalhar com menores valores absolutos de corrente elétrica, no entanto se necessário e desejável valores de corrente maior, pode-se utilizar reguladores de tensão com saída de tensão maior como os componentes LM7812 ou LM317, ou outros componentes que apresentem a mesma funcionalidade. A partir de todos os parâmetros de projeto anteri-ormente descritos, pôde-se observar nesta simulação o êxito na amplificação da corrente elétrica. Para a simulação utilizou-se 4 transistores de potência do tipo NPN modelo 2N3055, configurados na topologia coletor comum (ou seguidor emissor), averiguando-se o comportamento de tensão e corrente dos mesmos constatou-se que:
Figura 18: Primeira Parte do Esquemático do circuito de corrente ajustável (com poten-ciômetro) simulado em análise teórica
∙ A tensão apresentada no emissor de cada dos transistores NPN são próximas da tensão aplicada na base, a variação existente (como descrito anteriormente) se dá
3.1. Resultados Teóricos 41
Figura 19: Segunda Parte do Esquemático do circuito de corrente ajustável (com poten-ciômetro) simulado em análise teórica
devido a diferença de potencial inerente a junção base-emissor deste tipo de com-ponente eletrônico;
∙ O ganho de corrente apresentado é de aproximadamente 68 vezes, para cada um dos transistores, para o modelo analisado 2N3055;
∙ A queda de tensão é irrelevante quando comparada ao alto ganho de corrente, então pode-se afirmar que existe ganho de potência elétrica;
Dessa forma o somatório das correntes elétricas de cada transistor NPN 2N3055 acontece na junção dos emissores de cada um dos mesmos, alimentando então a carga do circuito.
3.1.2 Bloco de Segurança
De maneira geral, o circuito denominado comoCrowbar é utilizado como proteção contra sobre tensões que poderiam danificar parcialmente ou totalmente o circuito, então, é apresentada uma simulação afim de explicitar o comportamento do circuito referido.
Como um dos parâmetros de projeto optou-se por uma alimentação de tensão continua igual a 18 Volts, essa tensão retificada em onda completa é aplicada a entrada do regulador de tensão e da mesma maneira aos coletores dos transistores NPN utilizados para amplificação da corrente. Assim, aplica-se um diodo zener que não é polarizado
42 Capítulo 3. Resultados e Discussão
diretamente para tensões em seu cátodo com valores abaixo ou iguais a 18V (podem ser implementados modelos como 1N5221B e 1N5263B, por exemplo), para tensões maiores que 18V é habilitada a passagem de corrente sobre o zener, gerando uma tensão sobre o resistor implementado ao nodo do mesmo, com esta tensão gerada, o pino gate do tiristor é habilitado resultando na passagem da corrente da fonte através do tiristor, prevenindo que o resto do circuito seja danificado por sobre-corrente elétrica.
Figura 20: Acionamento do Tiristor SCR para tensões acima de 18 Volts. A linha laranja representa a tensão sobre o resistor ligado aogate do tiristor, enquanto a linha azul representa a variação de tensão na fonte de alimentação.
Figura 21: Acionamento do Tiristor SCR para tensões acima de 18 Volts. A linha azul representa o comportamente da passagem de corrente sobre o tiristor afim de proteger o circuito.
3.1.3 Bloco de Controle
Uma das aplicações do bloco de controle é o controle de potência (através da vari-ação de tensão e corrente) por PWM (do inglêsPulse Width Modulation). Como descrito anteriormente, a técnica de controle por PWM é utilizada em diversas aplicações para o controle de potência de dispositivos eletrônicos. Neste projeto a variação de tensão antes provocada pelo potenciômetro na base do transistor PNP modelo BC559, responsável por alterar a tensão de referência do regulador de tensão, pode ser implementada por um microcontrolador utilizando-se o PWM (Figura 23).
3.1. Resultados Teóricos 43
A implementação do PWM através do microcontrolador permite a integração do mesmo ao controle PID proposto, o que de fato é objetivado como desenvolvimento final.
De acordo com as figuras A SEGUIR pode-se observar o comportamento da corrente de saída do circuito, tensão na saída do regulador e sinal PWM na base do transistor BC559, assim, fica apresentada a possibilidade de controle da potência (corrente e tensão) sobre a carga (laser de diodo).
Figura 22: Circuito de Simulação do sinal PWM. O Nó D é conectado a base do transistor PNP BC559
3.1.4 Proposta de PCB Para o Bloco de Corrente Ajustável
Para esta etapa inicial não foi possível a confecção de placa de circuito impresso.
No entanto uma proposta é apresentada neste trabalho, um desenvolvimento do que seria a placa de circuito impresso relativo a fonte de corrente ajustável. A mesma foi desenvolvida através dosoftware Labcenter Electronics Proteus, as placas podem ser observadas a partir das figuras 25 e 26.
É importante ressaltar que, para as conexões onde a corrente elétrica é amplificada as trilhas devem possuir uma largura maior, para este design em específico a camada superior foi desenvolvida para ser toda a conexão relativa aos coletores dos componentes
44 Capítulo 3. Resultados e Discussão
Figura 23: Simulação do Controle PWM, demonstração dos valores para o sinal ativado.
(a) No primeiro quadro: tensão na saída do regulador (azul), tensão sobre o emissor do 2N3055(laranja), sinal PWM de controle (marrom).(b) No segundo quadro: corrente na saída do circuito.
2N3055, de modo que a camada inferior da placa foi escolhida para ser o plano de “terra”
de todo o circuito. Nesta última aplicação alguns efeitos não desejados como, por exemplo:
ground loops1 , Crosstalk2 e indutância de terra3, são evitados facilmente.