Fontes de alimentação - Princípio Funcionamento
O objectivo da fonte de alimentação é transformar a tensão do fornecedor de energia 110V-220V em corrente alternada AC numa tensão de corrente contínua que permita os equipamentos em CC funcionar.
As fontes de alimentação são fundamentais no funcionamento dos circuitos eléctricos e electrónicos.
A fonte de alimentação básica é constituída por 4 sectores
- Transformador - Transforma a tensão AC e corrente de entrada para um valor utilizável em AC.
- Ponte retificadora - Retifica os pulsos de modo a produzir uma saída polarizada DC.
- Filtragem - Filtra a tensão tornando a corrente contínua.
- Regulação - Regula a saída de modo a ter uma tensão constante.
Transformador
| Relação transformação = | Vp | = | Np | e | P.saída = P.ent. |
| Vs | Ns | Vs x Is = Vp x Ip |
| Vp = Tensão primário (entrada) Np = Número de espiras no primário Ip = Corrente primário (entrada) |
Vs = Tensão secundário (saída) Ns = Número de espiras no secundário Is = Corrente secundário (saída) |
Transformador + Retificação
Existem várias formas de ligar díodos de modo a criar um retificador e converter AC para DC. A ponte retificadora é o mais importante e que produz uma retificação de onda completa. Um retificador de onda completa pode ser feito a partir de apenas dois díodos, mas este método raramente é usado uma vez que os díodos são extremamente baratos. Um único diodo pode ser utilizado como retificador mas só usa o positivo (+) do AC, produz apenas meia-onda em DC.
Uma Ponte Retificadora usa a onda AC (tanto a secção positiva como a negativa). 1,4V perde-se na ponte, porque cada um dos díodos retificadores perde 0,7V (queda de tensão numa junção PN de silicio) na condução e há sempre dois díodos em condução. Ponte retificadoras são classificadas pela corrente máxima e a tensão inversa máxima que podem suportar (esta deve ser, pelo menos, três vezes a tensão RMS de modo a que os retificadores possam suportar os picos de tensão).
Transformador + Retificação + Filtragem
Filtragem é feita por um condensador eletrolítico de grande valor ligado à saída DC para agir como um reservatório, fornecendo corrente para a saída quando a tensão DC varia no retificador. O diagrama mostra o tensão não filtrada (linha pontilhada) e a DC suavizada(linha sólida). O condensador descarrega rapidamente perto do pico da variável DC.
Note que a filtragem aumenta significativamente a tensão média DC para o valor pico (1,4 × valor RMS). Por exemplo 6V RMS AC (saída do transformador) é retificada em onda completa, ficam em DC 4.6V RMS (1.4V perde-se na ponte retificadora), com a filtragem esta aumenta o pico 1,4 × 4,6 = 6.4V .
A filtragem não é perfeita devido à tensão do capacitor cair um pouco nas descargas, dando uma pequena ondulação de tensão (Tensão de Ripple). Para muitos circuitos uma ondulação (Ripple) de 10% do valor de tensão é satisfatória, a equação abaixo fornece o valor exigido para a filtragem do condensador. Quanto maior o condensador menor ondulação.
| Condensador de filtragem para 10% ripple, C = | 5 × Io |
| Vs × f |
Io = Corrente de saída em amperes (A)
Vs = tensão de entrada em volts (V), este é o valor de pico de tensão não filtrada em DC
f = frequência do AC em hertz (Hz), 50Hz em Portugal, 60 Hz no Brasil (110V)
Transformador + Retificação + Filtragem + Regulação
Circuitos Integrados reguladores estão disponíveis com valores fixos (normalmente 5, 12 e 15V) ou tensão de saída variável. São classificados pela corrente máxima que deixam passar. Reguladores de tensão negativa também estão disponíveis, principalmente para o uso em fontes duplas. A maioria dos reguladores incluem protecção automática de excesso consumo(protecção sobrecarga) e sobreaquecimento (protecção térmica).
