Nos artigos anteriores, discutimos componentes electrónicos passivos como resistências, condensadores, indutores, e transformadores. Os componentes passivos são particularmente úteis na concepção de vários circuitos analógicos.
A verdadeira diversão da electrónica moderna começa com os semicondutores e a electrónica digital. A electrónica tem tudo a ver com sinais (sob a forma de tensão ou corrente) e com o processamento de sinais por componentes e circuitos. A electrónica de semicondutores torna-se possível através do processamento de sinais electrónicos como valores binários (0 e 1, ou Baixo e Alto). Esta aplicação da electrónica de semicondutores para processar sinais como valores binários leva à implementação da lógica booleana sob a forma de electrónica digital. Assim, começou a utilização da electrónica para ‘Computação’. Em breve, engenheiros e investigadores conceberam formas de medir várias grandezas físicas, convertendo-as em sinais eléctricos analógicos e digitalizando esses sinais analógicos para valores digitais. Também conceberam formas de converter sinais digitais em sinais eléctricos analógicos equivalentes. Agora, os computadores também podem interagir e responder ao mundo físico.
A maior parte da electrónica moderna é sobre ‘computação electrónica’ e as suas aplicações ao mundo real. A computação electrónica, combinada com tecnologias de visualização e dispositivos electrónicos de entrada/saída, leva ao desenvolvimento de computadores de uso geral. A computação electrónica, combinada com várias tecnologias de comunicação, leva ao desenvolvimento de tecnologias de telecomunicações, televisão e internet. A computação electrónica, combinada com comunicação sem fios e sensores, leva ao desenvolvimento da electrónica móvel e de objectos de desgaste. A computação electrónica combinada com sensores e actuadores leva ao desenvolvimento de aplicações como sistemas incorporados, robótica e automação.
Mas, antes de começarmos a jornada sem fim da electrónica de semicondutores e da electrónica digital, será melhor ter alguma compreensão básica das fontes de alimentação. É a fonte de alimentação que dá vida a qualquer circuito ou dispositivo electrónico. Cada circuito ou dispositivo electrónico precisa essencialmente de ter uma secção de alimentação ou pode precisar de se ligar como carga a um circuito de alimentação externa.
A fonte de energia eléctrica pode ser linhas de transmissão eléctrica (electricidade da rede), sistemas electromecânicos (alternadores e geradores), energia solar, ou dispositivos de armazenamento como células e baterias. As fontes de alimentação são conversores de energia que convertem energia eléctrica de uma fonte para tensão, corrente e frequência adequadas a um circuito de carga. A fonte de energia eléctrica pode ser CA ou CC. Tal como os geradores e a rede eléctrica, a electricidade fornece energia CA enquanto as baterias e os dispositivos solares fornecem energia CC. Um circuito de fornecimento de energia pode entrar energia de uma fonte CA ou CC, e sair energia CA ou CC convertida para se adequar a uma carga. Assim, os circuitos de fornecimento de energia podem ser classificados como fontes CA para CA, CA para CC, CC para CC, e CC para CA.
Várias fontes de alimentação CA para CA incluem fontes de alimentação CA variáveis, transformadores de isolamento, e alternadores de frequência. As fontes de alimentação CA-a-CC são as mais comuns. Algumas das fontes de alimentação AC a DC incluem fonte de alimentação linear DC não regulada, fonte de alimentação DC regulada linear (fonte de alimentação de bancada), fontes de alimentação reguladas de comutação, e fonte de alimentação regulada por ondulação. Fontes de alimentação baseadas em baterias, fontes de alimentação solar, e conversores DC-to-DC são exemplos de fontes de alimentação DC-to-DC. Fontes de alimentação baseadas em bateria e fontes de alimentação solar são utilizadas para alimentar directamente circuitos electrónicos, enquanto os conversores CC-CC são geralmente utilizados para converter a entrada DC em diferentes níveis para alimentar diferentes circuitos no mesmo dispositivo, em vez de utilizar diferentes fontes CA-CC para obter diferentes níveis de tensão/corrente. Inversores, geradores, e UPS são normalmente utilizados fontes de alimentação CC para CA.
Fonte de alimentação CA variável
Fonte de alimentação CA variável são concebidos utilizando transformadores ou autotransformadores ajustáveis. Estes são utilizados para converter os níveis de tensão AC para AC. Um transformador com enrolamentos múltiplos ou torneiras pode ser utilizado para projectar tal fonte de alimentação, caso contrário pode ser utilizado um autotransformador ajustável. Estas fontes convertem os níveis de tensão e corrente AC enquanto a frequência da potência da fonte permanece inalterada.
Mudanças de frequência
Mudanças de frequência são usadas para converter a frequência da potência AC. Estes podem ser concebidos utilizando dispositivos electromecânicos como um conjunto motor-gerador ou com a ajuda de um conjunto rectificador-inversor. O rectificador primeiro converte AC para DC, e depois o inversor converte DC de volta para AC de diferentes frequências.
p>Transformadores de isolamento
Transformadores de isolamento são utilizados para alimentação AC para AC, onde é necessária a correspondência de impedância entre a fonte de energia e o circuito de carga. Os transformadores de isolamento normalmente não convertem os níveis de tensão ou frequência da fonte de alimentação. Estes são úteis na ligação de circuitos equilibrados e desequilibrados.
Estes transformadores de isolamento são utilizados para subir ou descer a tensão enquanto mantêm os circuitos de rede e de saída isolados através de Isolamento Reforçado Certificado CE. (Imagem: Transformador de sinal)
Fonte de alimentação linear não regulada
Fonte de alimentação linear não regulada são fontes de alimentação AC a DC simples. Estas são concebidas utilizando um transformador, rectificador, condensador de filtro, e resistência de sangramento. Primeiro, um transformador converte a tensão de linha para o nível de tensão requerido em CA. A tensão CA descendente é então convertida para tensão DC usando um rectificador de meia-onda ou de onda completa. O rectificador é concebido utilizando díodos. A corrente contínua pulsante do rectificador é suavizada utilizando condensadores de filtro. Uma resistência de sangramento pode ser ligada em paralelo ao condensador do filtro para protecção.
As fontes de alimentação não reguladas são simples e duráveis. No entanto, a sua tensão de saída pode variar devido à variação da tensão de entrada ou da corrente de carga. Portanto, estas não são muito fiáveis. Além disso, estas só podem ser concebidas para produzir uma tensão e corrente fixas.
Fonte de alimentação regulada linearmente
Fonte de alimentação regulada linearmente são fontes de alimentação AC a DC. Estas são as mesmas que as fontes de alimentação não reguladas (força bruta), excepto que utilizam um circuito transístor que opera numa região activa ou linear em vez de uma resistência de sangramento. Este estágio de transístor activo permite a saída para diferentes níveis precisos de tensão DC. Existem vários circuitos integrados reguladores de tensão que têm um circuito de transístor activo integrado dentro deles. As fontes de alimentação reguladas linearmente são estáveis, seguras, fiáveis e sem ruídos. Há ICs reguladores de tensão disponíveis para uma vasta gama de tensões de entrada e de saída, e eles produzem tensões DC fixas. As principais desvantagens destas fontes de alimentação são o seu custo, tamanho e eficiência energética. Estes fornecimentos perdem muita energia devido à dissipação de energia e podem necessitar da utilização de dissipadores de calor com circuitos integrados reguladores.
A fonte linear de fontes de alimentação Acopian (topo) é um factor dez maior e mais pesado do que uma fonte de comutação comparável (fundo) que é também de Acopian, mas a unidade linear tem atributos benéficos que a fonte de comutação não pode igualar.
A fonte de alimentação regulada de comutação
As fontes de alimentação reguladas de comutação são fontes de alimentação complexas AC a DC que tendem a combinar as vantagens das fontes de alimentação não reguladas e reguladas. Em SMPS, a tensão da linha é rectificada para DC, e depois é novamente convertida para AC de onda quadrada com a ajuda de transístores de comutação. Esta onda quadrada de alta-frequência é depois descida ou subida e depois novamente rectificada. A tensão DC rectificada é filtrada antes de ser fornecida a uma carga.
Fornecimento de energia regulada por corrente contínua
Fornecimento de energia regulada por corrente contínua é uma variação melhorada do fornecimento de energia não regulada AC para DC. É concebida combinando uma fonte de alimentação não regulada com um circuito transístor que funciona na região de saturação. O circuito transístor transfere energia DC para um condensador para manter os níveis de tensão. A principal vantagem da fonte de alimentação regulada por ondulação é a sua eficiência energética.
p>Ajustável fontes de alimentação reguladas
As fontes de alimentação reguladas linearmente podem ser modificadas para fornecer uma gama de tensões ajustáveis, utilizando uma resistência variável no estádio final. A resistência variável pode baixar a tensão de saída para valores ajustáveis. Uma tal fonte de alimentação ajustável pode então fornecer tensões na gama desde zero até à tensão máxima regulada pela fonte. As fontes de alimentação linear reguladas simétricas podem ser modificadas para fornecer tensões também em polaridade negativa.p>Bateria e fontes de alimentação solar
Baterias, células, e painéis solares fornecem energia DC. A energia dos dispositivos de armazenamento ou painéis solares precisa de ser filtrada primeiro para remover as ondulações pulsantes. Depois pode ser regulada para os níveis de tensão DC desejados, utilizando os circuitos integrados reguladores de tensão. Se a tensão de alimentação de uma bateria ou painel solar precisar de ser aumentada, pode ser feita usando transístores como amplificadores.
conversores DC-to-DC
conversores DC-to-DC são usados para subir ou descer as tensões DC. Os conversores DC-to-DC podem ser do tipo semicondutor, electromecânico, ou electroquímico. DC-to-DC SMPS como conversores push-pull, buck converter, boost converter, buck-boost converter são alguns exemplos de conversores DC-to-DC do tipo semicondutor. Estes fornecimentos são geralmente utilizados para converter DC (rectificados da rede eléctrica ou outra fonte AC) para fornecer diferentes níveis DC em vez de utilizar muitos fornecimentos AC para DC num dispositivo.
Um exemplo de uma fonte de alimentação de 2 W dc-dc em SMD (Imagem: Recom).
fontes de alimentação DC-to-DC
Estes tipos de fontes de alimentação são geralmente utilizados para backup de energia. Inversores, UPS, e geradores são exemplos de tais sistemas de fornecimento de energia.
Electronic hobbyists and engineers mais comumente utilizam fontes de alimentação reguladas linearmente e fontes de alimentação com bateria. Outros tipos de fontes de alimentação são geralmente concebidas e produzidas para aplicações ou circuitos específicos. Alguns circuitos podem exigir a concepção de uma fonte de alimentação utilizando painel(s) solar.
Para principiantes, é sempre conveniente começar com uma fonte de alimentação regulada linear, fornecendo tensões DC normalmente utilizadas como 12V, 9V, 5V, e 3V. Para circuitos portáteis, as mesmas tensões podem ser obtidas utilizando fontes reguladas com base em baterias. As fontes de alimentação reguladas baseadas em baterias podem requerer a substituição de baterias a intervalos regulares. Assim, uma fonte de alimentação regulada linear que forneça níveis de tensão DC comummente utilizados é melhor para a prototipagem e teste de circuitos electrónicos. Os circuitos de produção podem então ser alimentados por baterias ou circuitos baseados em painéis solares, se necessário.
No próximo artigo, discutiremos células e baterias.
0 comentários