Iniciando em Eletrônica: Retificadores

Na edição de maio/junho da Elektor, demos as boas-vindas ao diodo como o primeiro representante da família de semicondutores, e você não pode pensar na eletrônica de hoje sem ele. Agora vamos calcular com retificadores. Afinal, não podemos simplesmente soldar peças juntas e esperar que funcione. Vamos primeiro dar uma olhada em nosso retificador de meia onda (figura 1).

Quanto maior a capacitância do capacitor eletrolítico, menos a tensão cairá durante os meios-períodos negativos da tensão CA; e também, à medida que a resistência diminui (e assim a corrente consumida pela carga aumenta), a tensão cairá mais durante os meios-períodos negativos ('colapso', diz o engenheiro eletrônico). Podemos colocar isso em uma fórmula:

Assumimos que a corrente é constante. Agora suponha que temos um transformador de 15 V, um retificador de meia onda e uma carga com consumo de corrente de 1 A. A tensão fornecida pelo retificador deve ser estabilizada por um CI regulador que requer uma tensão de entrada mínima de 18 V para fornecer uma tensão de saída estável de 15 V. (Voltaremos a esse CI em uma edição futura.) Nesse caso, qual deve ser o tamanho do capacitor? Primeiro, temos que calcular o valor de pico da tensão CA; em um artigo anterior desta série, vimos que para o valor de pico se aplica:

Para nossa conveniência, subtraímos 0,7 V dessa tensão de pico (que é a tensão direta do diodo de silício usado como retificador):

Quanto aos perfeccionistas entre vocês, arredondamos o resultado para um decimal - isso é preciso o suficiente neste caso. Como o CI precisa de uma tensão de entrada de pelo menos 18 V (podemos encontrar essa tensão mínima de entrada no datasheet do CI), a tensão pode cair no máximo 2,5 V durante um período. Reescrevemos a fórmula da tensão no capacitor e adicionamos os valores de corrente, tensão e frequência:

O próximo valor padrão maior seria 10.000 µF, e para uma corrente de apenas 1 A, isso é um capacitor bastante 'volumoso'. Teoricamente, existem dois métodos para obter um valor mais baixo (e, portanto, um capacitor eletrolítico menor e mais barato):

Essa retificação de onda completa será discutida mais tarde; abaixo vamos primeiro lidar com 'aumento da tensão do transformador'. Se usarmos um transformador de 18 V em vez da versão de 15 V no exemplo, mediremos uma tensão de pico de cerca de 24,7 V no diodo, o que significa uma diferença de tensão máxima permitida de 6,7 V. A seleção do capacitor pode, portanto, ser correspondentemente menor; o valor calculado é de cerca de 3000 µF e o próximo valor padrão maior é 3300 µF ou 4700 µF. Como disse um famoso filósofo do futebol holandês (Johan Cruijff), toda vantagem tem sua desvantagem: esta solução envolve maior consumo de energia e também maior dissipação de calor no regulador de tensão. Para isso, veremosFigura 2.

O componente com o número de peça 7815 é um regulador de tensão fixa. Por enquanto, não estamos interessados ​​em como isso funciona. O que importa aqui é que este CI transforma uma tensão de entrada CC variável (dentro de certos limites) em uma tensão de saída CC (quase) constante. O seguinte se aplica à potência de saída em ambos os casos (o exemplo com o transformador de 15 V e o exemplo com o transformador de 18 V):

A dissipação no IC (a potência convertida em calor no IC) é igual à diferença entre a tensão de entrada e saída vezes a corrente (em muitos casos — e também aqui — podemos desprezar o próprio consumo de energia do IC).

Para ter certeza, a tensão de entrada do IC não é constante; neste caso, usamos a média aritmética da tensão de entrada mínima e máxima (que é precisa o suficiente para nossos propósitos). Como resultado, a perda de energia no regulador de tensão aumenta em torno de 50% - é muito calor para ser dissipado. O fato de o transformador agora ter que fornecer 22 W em vez de 20 W (isso incluindo as perdas no diodo e no regulador de tensão) não importa muito, a menos que nos obrigue a usar um transformador um pouco maior.