ELETRONICA ANALÓGICA By W. L. Miranda. Fontes de alimentação CA/CC.

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1 ELETRONICA ANALÓGICA By W. L. Miranda Fontes de alimentação CA/CC. 1 - Considerações de projeto: a) 1º Caso: Isolamento entre rede domiciliar CA e a carga. Neste caso, a fase, o neutro ou o aterramento CA, não devem estar conectados aos circuitos da retificação ou filtro do conversor. A opção mais viável seria o uso do transformador isolador que também pode ser usado como redutor ou elevador de tensão. Vantagem do projeto: Imunidade a choques elétricos provenientes da rede domiciliar. Receivers em geral Amplificadores de áudio Mesas de controle ISOLAMENTO b) 2º Caso: A rede domiciliar CA está conectada diretamente à carga : Esta opção é usada quando o usuário não entra em contato com os circuitos da carga. Circuitos indicadores de nivel de caixa d agua Acionamento automático de lâmpadas Acionamentos sem a interface humana. M Circuito de um secador de cabelos Resistência c) 3º Caso: Por exemplo, nas fontes dos computadores existe uma fonte primária CA/CC de 110VCA-60 Hz que alimenta uma fonte secundária do tipo Chaveada 16VCA 15 a 20 KHz, que é isolada da fonte primária através de um transformador do tipo toroidal. De qualquer forma, o usuário não entra em contato direto com a rede domiciliar, a não ser pela conexão de aterramento do computador. É importantíssimo verificar as condições da rede domiciliar monofásica, pois em alguns casos costuma-se ligar o neutro ao aterramento erroneamente, o que constitui um risco ao equipamento alimentado. Fonte Chaveada

2 2 Vantagens entre a fonte chaveada e a conversora CA/CC clássica (onda senoidal). a) Dimensões físicas do projeto. b) Devido o uso de freqüências altas, se reduz consideravelmente a dimensão do transformador de força, que pode ser um de ferrite da forma toroidal. c) Com o aumento da freqüência de 60 para 20KHz, os capacitores de filtro podem ser reduzido a décimos de microfarads. d) Peso reduzidíssimo do conjunto. e) Durante a retificação, a onda retificada é a onda quadrada o que torna a conversão mais próxima da corrente contínua. 3 - Como projetar uma fonte CA/CC a partir dos dados de uma carga consumidora. a) Determinar a Voltagem de trabalho, a corrente máxima de consumo da carga e a potência elétrica da mesma. b) Determinar o tipo da carga consumidora. - Se é isolada da rede domiciliar, é para evitar choques elétricos durante o manuseio. - Se não é isolada, é porque o usuário não manipulará a carga depois de construída a fonte. c) Se for isolada da rede domiciliar, determinar o transformador redutor ou elevador de tensão. Os de 110 / VCA são os mais comuns no mercado. Alguns possuem a opção de entrada para 110 ou 220 VAC. Também podem possuir um enrolamento único de 0 12VCA, ou VCA no secundário. Caso seja usado um enrolamento único no secundário, a retificação em onda completa terá que ser uma ponte de diodos. Se for usado um transformador com um enrolamento do tipo Center tape, poderão ser usados apenas dois diodos. d) Se a voltagem a ser consumida for regulada, escolher o diodo zener, ou o dispositivo reforçador de corrente adequado. Dados de um projeto: C = Capacitor de Filtro em Farads (F) IL = Corrente de saída em amperes (A) Vrms = Tensão nominal de entrada. Vp = tensão de entrada em volts (V), este é o valor de pico de tensão não filtrada em DC. Vp = Vrms x 1,414 Vr = tensão do riple. f = frequência do AC em hertz (Hz), 60 Hz (110V)

3 Exercícios: 1 - Calcular o Capacitor de Filtro de uma fonte CA/CC. C IL = 100 ma; = 160 Ω; C =? Vrms = 12 VCA Vp = 12 x 1,414 Vp = 16,9 V f = 60 Hz Obs: Os cálculos abaixo são para o pior caso 60 Hz (meia onda). - Cálculo do Condensador de Filtro para 10% de ripple: C = (10 x 0,1) / ( 16,9Vp x 60Hz) C = 1 / 1018 C = 982 x 10-6 C = 0, F ou 982 µf - Cálculo da tensão de ripple da fonte de alimentação: Vr = (0,1 x 0,0166) / 0, Vr = 0,00166 / 0, Vr = 1,69 V - Constante de tempo (RC): (Conferir a RC para verificar se está 10 vezes maior que a freqüência retificada) T=.C T=.C =160x1000x10-6 = 160ms > 16,6ms >> 8.3ms. 160ms é 10 vezes maior que 16,6ms, e 20 vezes maior que 8,3ms. A Constante de tempo deverá satisfazer 10 vezes os períodos das Freqüências abaixo: ( t )Para meia onda: 60 Hz = 16.6 ms; ( t )Para Onda Completa: 120 Hz = 8.3 ms 2 - Calcule também para 120 Hz (onda completa) o circuito abaixo: Vrms Vp C IL IL = 100 ma; = 160 Ω; C =? Vrms = 12 VCA f = 120 Hz

4 - Cálculo do Condensador de Filtro para 10% de ripple: C = (10 x 0,1) / ( 16,8Vp x 120Hz) C = 1 / 1008 C = 490 x 10-6 C = 0,00049 F = 490 µf - Cálculo da tensão de ripple da fonte de alimentação: Vr = (0,1 x 0,0083) / 0,00049 Vr = 0,00083 / 0,00049 Vr = 1,69 V - Constante de tempo (RC): (Conferir a RC para verificar se está 10 vezes maior que a freqüência retificada) T=.C T=.C =160x490x10-6 = 78ms > 16,6ms >> 8,3ms. 78ms é 4,8 vezes maior que 16,6ms (Não satisfaz), e 9,7 vezes maior que 8,3ms.(OK) A Constante de tempo deverá satisfazer 10 vezes os períodos das Freqüências abaixo: ( t )Para meia onda: 60 Hz = 16,6 ms; ( t )Para Onda Completa: 120 Hz = 8,3 ms O Diodo Zener Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre. Símbolo do Diodo zener. Característica corrente-tensão de um diodo zener com a tensão reversa de 17 volts. Note a mudança de escala na tensão direta e reversa.

5 O diodo Zener é um tipo de diodo especialmente projetado para trabalhar sob o regime de condução reversa, ou seja, acima da tensão de ruptura da junção PN. Embora o nome diodo Zener tenha se popularizado comercialmente, o nome mais preciso seria diodo de condução reversa, já que há dois fenômenos envolvidos o efeito Zener e o efeito avalanche Fabricação: O diodo Zener difere do diodo convencional pelo fato de receber uma dopagem (tipo N ou P) maior, o que provoca a aproximação da curva na região de avalanche ao eixo vertical. Isto reduz consideravelmente a tensão de ruptura e evidencia o efeito Zener que é mais notável à tensões relativamente baixas (em torno de 5,5 Volts). Funcionamento: O diodo Zener pode funcionar polarizado diretamente ou inversamente. Quando está polarizado diretamente, funciona como outro diodo qualquer, não conduz corrente elétrica enquanto a tensão aplicada aos seus terminais for inferior a aproximadamente 0,6 Volts no diodo de silício ou 0,3 Volts no diodo de germânio. A partir desta tensão mínima começa a condução elétrica, que inicialmente é pequena mas que aumenta rapidamente, conforme a curva não linear de corrente versus tensão. Por esse fato, a sua tensão de condução não é única, sendo considerada dentro da faixa de 0,6 a 0,7 Volts para o diodo de silício. Tensão Zener: É a tensão mínima a ser aplicada no diodo Zener, em polarização reversa, para que a corrente elétrica comece a ser conduzida. Características comuns aos diodos: Qualquer diodo inversamente polarizado praticamente não conduz corrente desde que não ultrapasse a tensão de ruptura. Na realidade, existe uma pequena corrente inversa, chamada de corrente de saturação, que ocorre devido unicamente à geração de pares de elétron-lacuna na região de carga espacial, à temperatura ambiente. No diodo Zener acontece a mesma coisa. A diferença é que, no diodo convencional, ao atingir uma determinada tensão inversa, a corrente inversa aumenta bruscamente (efeito de avalanche), causando o efeito Joule, e consequentemente a dissipação da energia térmica acaba por destruir o dispositivo, não sendo possível reverter o processo. No diodo Zener, por outro lado, ao atingir uma tensão chamada de Zener (geralmente bem menor que a tensão de ruptura de um diodo comum [carece de fontes?] ), o dispositivo passa a permitir a passagem de correntes bem maiores que a de saturação inversa, mantendo constante a tensão entre os seus terminais. Cada diodo Zener possui uma tensão de Zener específica como, por exemplo, 5,1 Volts, 6,3 Volts, 9,1 Volts, 12 Volts e 24 Volts. Quanto ao valor da corrente máxima admissível, existem vários tipos de diodos. Um dado importante na especificação do componente a ser utilizado é a potência do dispositivo. Por exemplo, existem diodos Zener de 400 mili Watts e 1 Watt.

6 O valor da corrente máxima admissível depende dessa potência e da tensão de Zener. É por isso que o diodo Zener se encontra normalmente associado com uma resistência ligada em série, destinada precisamente a limitar a corrente a um valor admissível. Regulador de Tensão com diodo Zener Corrente Máxima no Zener Para que não danifique o componente P Z = V Z * I Zmáx I Zmáx = P Z / V Z Corrente Mínima I Zmín = I Zmáx. 0,15 Cálculo do Resistor limitador R Z Adiciona-se RZ para limitar a corrente no zener R Zmín = (V CC - V Z ) / I Zmáx R Zmáx = (V CC - V Z ) / (I Zmín + I ) R Z (adotado) = (R Zmín + R Zmáx ) / 2 R Zmín <R Z (adotado) <R Zmáx (condição) Exercícios: 1 - Calcule: Rz (adotado): Rz max: Rz min: Iz min: C: para 10% de riple Vcc: que é o próprio Vp Dados do projeto: IL = 12 ma, Iz max = 200mA, Pz = 1 W, Vrms = 12VCA Vrms Vcc Rz Vz C Zener

7 2 - Calcule: Rz (adotado): : Iz min: C: para 10% de riple Vcc: que é o próprio Vp Dados do projeto: IL = 20mA, Vz = 5,1V, Iz max = 178mA, Izt = 49mA, Pz = 1W, Vrms = 12VCA, Vled=1,7V. Vrms Vcc Rz Vz Vled C Zener Led Características Técnicas de um diodo Zener:

8 Características Técnicas de Diodo Retificador: Características Técnicas de um LED:

9 Código de Cores para Resistores: TRABALHO DE CLASSE: