Fonte Linear Estabilizada

...

- – Fontes de Alimentação Reguladas

Existem dois tipos básicos de fonte de alimentação: linear e chaveada.

As fontes de alimentação lineares são alimentadas pela corrente alternada e é reduzida sua tensão e então por um circuito de retificação (composto por uma série de diodos), transformando está tensão alternada em tensão pulsante. O próximo passo é a filtragem, que é feito por um capacitor eletrolítico que transforma esta tensão pulsante em quase contínua. Como a tensão contínua obtida após o capacitor oscila um pouco (esta oscilação é chamada “ripple”), um estágio de regulação de tensão é necessário, feito por um diodo zener (normalmente com a ajuda de um transistor de potência) ou por um circuito integrado regulador de tensão.

Em fontes de alimentação chaveadas em alta frequência a tensão de entrada tem sua frequência aumentada antes de ir para o transformador (tipicamente na faixa de kHz). Com a frequência da tensão de entrada aumentada, o transformador e os capacitores eletrolíticos podem ser bem menores. Este é o tipo de fonte de alimentação usada nos PCs e em muitos outros equipamentos eletrônicos.

[pic 4]

Figura 4: Exemplo de Fonte Chaveada

III. Desenvolvimento

Nesse experimento, foi montado o circuito de fonte estabilizada utilizando um diodo zener 1N4733A ligado em paralelo com a carga fazendo a sua função de estabilização de tensão. O diagrama abaixo exemplifica como foi montado esse circuito.

[pic 5]

Figura 5: Diagrama com Zener

Nesse circuito foi utilizado dois diodos 1N4007 em paralelo e o center tap do transformador como GND para se obter a onda completa. Após isso foi inserido um capacitor C1 que tem a função de filtro capacitivo. O resistor R1 tem a função de limitar a corrente para proteger o Zener já que o mesmo pode suportar 196,07mA e a carga Rc que deve passar uma corrente de no máximo 20mA e protegendo o zener para não queimar por sobrecorrente.

Com base nesse circuito, é necessário calcular alguns componentes para que o zener trabalhe conforme foi projetado. Os componentes que necessitam ser calculados é C1, R1 e RC.

Num primeiro momento, deve-se calcular que a tensão no circuito antes da filtragem é de 12Vca e que após retificar e filtrar vamos obter uma tensão de 16,97Vcc. O circuito trabalha com uma tolerância de 10% e vai se levando em conta conforme cálculo abaixo:

Vin=12x[pic 6][pic 7]

Vin=16.93[pic 8][pic 9]

Feito isso, deve-se calcular se o diodo zener escolhido atende ao que foi proposto. Para se calcular se utiliza a seguinte fórmula:

Izmax=(Ilmáx+Izmin)x[pic 10][pic 11]

Onde:

- Izmax é a corrente que vai passar pelo zener;

- Ilmáx é a corrente na carga;

- Izmin é a corrente mínima para o zener trabalhar;

- Vinmax é a tensão máxima tolerada;

- Vinmin é a tensão mínima tolerada;

- Vz é a tensão de trabalho do diodo.

Izmax=(20x10-3+49x10-3)x[pic 12][pic 13]

Izmax=92.07mA

Diodo Zener atende ao necessitado pois sua corrente máxima para não queimar é de 196,07mA conforme cálculo abaixo:

Izmax=[pic 14][pic 15]

Para descobrir o valor da resistência da carga Rc, vamos utilizar a seguinte expressão:

[pic 16][pic 17]=[pic 18][pic 19]=255Ω

Com base nesses valores encontrados, pode-se calcular o valor da resistência R1. O valor dessa resistência tem um limite máximo e mínimo já que o zener tem uma faixa de corrente de trabalho. Para descobrir vamos utilizar a expressão abaixo:

R[pic 20][pic 21]

R[pic 22][pic 23]

69.21[pic 24][pic 25] ≤R≤147.39[pic 26][pic 27] = Resistor Comercial de 100[pic 28][pic 29]

Feito isso, podemos calcular o capacitor C1. A fórmula para calcular o mesmo é:

[pic 30]

Onde:

- [pic 31][pic 32]é a porcentagem de ripple de 5% = 0,05

- F é a frequência da rede = 60Hz

- RL é a carga

Para encontrar o valor de RL, vamos somar o valor da resistência de 100Ω com o valor encontrado no seguinte cálculo:

[pic 33]

[pic 34]

Agora é so somar os dois valores.

[pic 35]

[pic 36]

[pic 37]

Aplicando a fórmula para calcular o filtro capacitivo vamos obter o seguinte resultado:

[pic 38]

[pic 39]

[pic 40]

C=958.33µF = Capacitor Comercial de 1000µF

Agora com todos os valores calculados, vamos montar o circuito na bancada e fazer as medições e verificações da forma de onda no osciloscópio.

[pic 41]

Figura 6: Diagrama Fonte Estabilizada com Zener D3, R1, C1 e RC

Na primeira medição, foi verificado a tensão no Vlmf. O Vlmf (Vmf) é a tensão média na filtragem. O Vrpp (Vr) é a tensão de ripple. A imagem abaixo pode mostrar bem a característica de cada um.

[pic 42]

Figura 7: Forma de Onda no Capacitor. Vlmf e Vrpp

Na medição da tensão no capacitor, pode-se