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1 - Introdução
.Nesta parte do curso, estudamos alguns tipos de fontes de tensão que foram mostradas em laboratório através de circuitos experimentais. Usamos as teorias dos componentes estudados anteriormente tais como resistores, capacitores, diodos e outros semi-condutores. .No estudo sobre fontes de tensão, estudamos algumas teorias do funcionamento de transformadores além de suas aplicações e a forma de ligação. Estudamos mais a fundo o diodo zener e sua função de estabilizar a tensão além de conhecer seu funcionamento na prática através dos circuitos experimentais e ainda estudamos o capacitor funcionando como filtro capacitivo através de teoria e prática. Ao final, associamos todos os conhecimentos adquiridos para estudarmos as fontes montadas em protoboards no laboratório. .Entendemos nesse estudo, a transformação de corrente alternada da rede elétrica para a corrente contínua que alimenta os circuitos sem o risco de danificar componentes, através do estudo da função de cada componente da fonte e da analise do circuito e do que ocorria nele.
2 - Transformador
.O transformador é um componente de grande importância na área elétrica e eletrônica por poder ser aplicado nos mais diversos circuitos com as mais diferentes limitações. .Existem dois tipos de transformadores, os elevadores e os abaixadores. Na verdade o funcionamento é o mesmo, o que muda é só a relação de espiras. O transformador é dividido basicamente em dois enrolamentos, o primário e o secundário e cada um deles possui um certo número de espiras (uma espira equivale a uma volta de um fio de cobre no enrolamento). A relação é feita basicamente da seguinte forma, se o enrolamento primário possuir mais espiras do que o secundário, este é um transformador abaixador, ou seja, este transformador recebe uma tensão elevada que ao passar pelo enrolamento primário, induz uma corrente no enrolamento secundário com baixa tensão que a partir daí alimenta o circuito. Ao contrário, o transformador elevador recebe baixa tensão no enrolamento primário que possui menos espiras que o secundário. Essa baixa tensão irá induzir uma outra maior no enrolamento secundário. É possível obter as mais diversas tensões de saída através da relação de espiras.
Fig. 1.a – Transformador abaixador. Muitas espiras no primário e poucas espiras no secundário
Fig. 1.b - Transformador elevador. Poucas espiras no primário e muitas espiras no secundário
.Um exemplo de uso do transformador é na transmissão de energia elétrica. Ao sair do gerador, a tensão será elevada por um transformador para que a corrente consiga fluir até as cidades, ao aproximar da cidade, um transformador abaixador abaixa essa tensão para 13800 volts que segue para as cidades que então usa outro transformador abaixador para abaixar para 220 volts ou ainda algumas industrias possuem transformadores particulares para abaixarem na tensão que precisarem. .Os transformadores também estão presentes em pequenos circuitos eletrônicos, abaixando a tensão das tomadas (127 ou 220 volts) para baixas tensões.
3 - Fontes com Filtro Capacitivo
.Existem circuitos que precisam ser alimentados com correntes contínuas, pois uma corrente pulsante pode danificar algum componente ou mesmo em circuitos que dependem de componentes semi-condutores que necessitam de corrente contínua para a questão da polarização. Ao abaixar a tensão com o transformador, continuamos a receber corrente alternada, porém com menor amplitude, mas mesmo assim essa corrente pode danificar componentes. Para isso, devemos transformar a corrente pulsante recebida em corrente contínua. Ao passar pelo retificador, a forma de onda passa a ser retificada, mas mesmo essa ainda é pulsante. Então para conseguir corrente contínua, devemos passar a forma de onda por diversas fases de transformação e uma dessas fases é o filtro capacitivo. É este que é capaz de transformar corrente alternada em contínua. .O processo completo de transformação ficaria assim:
Fig. 2.a – Processo de transformação da forma de onda alternada para a contínua
.A forma de onda que chega na fonte é a senoidal que ao passar pelo transformador não é retificada e nem transformada, só é reduzida ficando com uma amplitude menor. Quando passa pelos diodos retificadores, a forma de onda é retificada,
porém continua pulsante. Em seguida, o filtro capacitivo consegue aproximar essa forma de onda para uma tensão contínua. .Como já estudado anteriormente, existem dois tipos de retificadores, os de meia onda e os de onda completa, pode-se formar fontes a partir dos dois tipos de circuitos retificadores.
3.1 - Retificador de meia onda com Filtro Capacitivo
.Esse retificador que era mais utilizado teoricamente por não conduzir corrente em todos os semi-ciclos, associado com um filtro capacitivo tem quase o mesmo efeito do retificador de onda completa com filtro capacitivo podendo ser usado também.
Fig. 2.b – Forma de onda num retificador de meia onda com filtro capacitivo
.Observe que o capacitor faz com que a tensão não varie de zero á seu ponto máximo assim como ocorre na onda retificada, quando a tensão atinge o ponto máximo e começa a ir para o ponto zero, o capacitor descarrega até que atinja o outro semi-ciclo, chegando á tensão máxima novamente formando assim um pulso com amplitude menor que ainda pode se tornar contínua dependendo do valor da capacitância do capacitor usado. A amplitude dessa onda filtrada é a Tensão de Ripple. .Quanto maior for a capacitância aplicada, menor será a tensão de Ripple chegando a um ponto em que não haja mais pulsos, assim a tensão fica totalmente contínua. .Para o entendimento prático dessa transformação, montamos no laboratório o seguinte circuito:
Fig. 2.c – Retificador de meia onda com filtro capacitivo
no estudo sobre diodos. No laboratório montamos os dois tipos. Para os retificadores de dois diodos, existem ainda os com e sem tap central. A diferença está na ligação do transformador ao circuito. Com tap central, estaríamos ligando fase e neutro, obtendo assim, metade da tensão total abaixada do transformador e sem tap central, obtivemos a tensão total. No laboratório montamos apenas o com tap central, o retificador com ponte exemplificou o sem tap central.
Fig. 2.g – Retificador de onda completa em ponte com filtro capacitivo
Fig. 2.h – Retificador de onda completa com tap central e filtro capacitivo
.Após montarmos e nos certificarmos que estava correto, usamos o osciloscópio para observar a forma de onda que também foi igual a mostrada teoricamente.
Fig. 2.i – Forma de onda filtrada mostrada pelo osciloscópio
.Retiramos também o filtro capacitivo e observamos que a onda voltou a ser apenas retificada o que prova novamente o efeito do filtro capacitivo no circuito.
Fig. 2.j – Forma de onda retificada mostrada pelo osciloscópio
.Os dois circuitos apresentaram as mesmas formas de ondas de saída porém, o com tap central teve uma onda com amplitude menor por chegar à carga uma tensão menor. .Aproveitamos esse circuito para estudar também a variação da tensão de ripple de acordo com o valor da capacitância do filtro. Usamos um capacitor de baixa capacitância, um de média capacitância e um de alta capacitância e observamos que quanto maior foi a capacitância aplicada menor foi a tensão de Ripple.
Fig. 2.l – Tensão de Ripple em baixa capacitância
Fig. 2.m – Tensão de Ripple em média capacitância
Fig. 2.n – Tensão de Ripple em alta capacitância
.Mesmo atingindo ou quase atingindo uma tensão contínua, essa ainda pode apresentar variações para componentes mais sensíveis que acabam sendo danificados ou perdendo sua vida útil devido a isso. Para resolver esse problema, deve-se estabilizar a saída de tensão com um diodo zener como veremos a seguir.
.Pode-se observar que para a grande variação de corrente a variação de tensão é quase pequena e é a partir dessa pequena variação de tensão que funciona o principio de estabilização. Não importa o quanto a corrente varie, a tensão se manterá quase sem variação nenhuma. .O diodo zener tem uma perda de 0,6 volts de tensão, devido a isso, para as tensões de saída, devem ser aplicados diodos zener seguindo a tabela abaixo: SAÍDA ZENER 3V 3,6V x 400mW 4,5V 5,1V x 400mW 6V 6,6 V x 400mW 9V 9,6 V x 400mW 12V 12,6 V x 400mW .Os circuitos são semelhantes aos anteriores porém possuem o diodo zener, veja o exemplo:
Fig. 3.c – Fonte estabilizada com filtro capacitivo e tap central
5 – Relato da aula prática
.Para a compreensão do principio de estabilização foi realizado um experimento no laboratório com um circuito simples, somente para compreendermos a estabilização já que a filtragem e a retificação já teriam sido explicadas através dos outros experimentos relatados anteriormente. .O circuito para esse experimento era constituído por uma fonte variável de tensão contínua, dois resistores, um fixo e um que era trocado para medições em vários valores e o diodo zener. O resistor fixo, que era o limitador de corrente tinha o valor de 100 F 05 7 ,^ já^ os^ outros^ tinham^ os^ seguintes^ valores:^ R1=470F 05 7 ,^ R2=1kF 05 7 ,^ R3=2,2kF 05 7 e R4=10kF 05 7. Com esse material, montamos o seguinte circuito:
.Após montarmos o circuito e verificarmos se estava tudo correto, regulamos a fonte para 12 Volts e medimos a corrente e a tensão na carga em cada um dos resistores, o quadro abaixo mostra o resultado das medições:
RL VL (V) IL (mA) R1 = 470F 05 7 9,92 21, R2 = 1kF 05 7 10,01 10, R3 = 2,2kF 05 7 10,04 4, R4 = 10kF 05 7 10,07 1,
.Observa-se que ao variarmos o valor da resistência houve uma variação na corrente do circuito. Perceba que a variação da corrente foi muito grande enquanto a da tensão foi muito pouca. Esse passo consegue provar a eficiência do diodo zener para a estabilização da tensão. .Ainda no mesmo circuito, para cada resistor, variamos a tensão da fonte de 0 á 16 Volts e medimos a tensão na carga para cada valor dado na fonte, o resultado desse passo está representado na tabela abaixo:
V Fonte (V) Vs em R1 (V) Vs em R2 (V) Vs em R3 (V) Vs em R4 (V) 0 0 0 0 0 2 1,66 1,84 1,99 2, 4 3,37 3,67 3,89 3, 6 5,01 5,50 5,86 6, 8 6,70 7,34 7,72 7, 10 8,34 9,21 9,72 9, 12 9,92 10,05 10,03 10, 14 10,13 10,22 10,19 10, 16 10,25 10,32 10,37 10,
.Observe quase os mesmos valores onde medimos anteriormente, 12 volts. A pequena diferença se dá à alguma imprecisão no circuito ou no aparelho de medição.
