Iniciando na Eletrônica: Retificadores

Na edição de maio/junho da Elektor, saudamos o diodo como o primeiro representante da família de semicondutores, e não dá para pensar na eletrônica de hoje sem ele. Agora vamos calcular com retificadores. Afinal, não podemos simplesmente soldar as peças 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, portanto, 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 regulador IC que requer uma tensão de entrada mínima de 18 V para fornecer um tensão de saída estável de 15 V. (Voltaremos a esse IC 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 uma casa decimal – o que é bastante preciso neste caso. Como o IC precisa de uma tensão de entrada de pelo menos 18 V (podemos encontrar essa tensão mínima de entrada na folha de dados do IC), a tensão pode cair no máximo 2,5 V durante um período. Reescrevemos a fórmula da tensão no capacitor e somamos os valores de corrente, tensão e frequência:

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

Esta retificação de onda completa será discutida mais adiante; abaixo, trataremos primeiro do '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 3.000 µF e o próximo valor padrão maior é 3.300 µF ou 4.700 µF. Como disse uma vez 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, daremos uma olhadaFigura 2.

O componente com número de peça 7815 é um regulador de tensão fixo. Por enquanto, não estamos interessados ​​em saber como isso funciona. O que importa aqui é que este IC 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 consumo de energia do próprio IC).

Com 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 excesso de calor que tem para ser dissipado. O facto de o transformador ter agora de fornecer 22 W em vez de 20 W (isto inclui as perdas no díodo e no regulador de tensão) não importa realmente, a menos que nos obrigue a usar um transformador um pouco maior.