Projetar uma fonte com tensao de entrada de
e tensao media de saida de 12 V
com ripple de
, para alimentar um circuito que tem uma resistencia de entrada equivalente a
. Utilizar o retificador de onda completa em ponte. Desenhe o circuito final com todos os componentes e seus respectivos valores.
com ripple de
Passo 1
O enunciado pede que se projete uma fonte com as seguintes exigências e dados (vou listar tudo claramente):
- Tensão de entrada (rede):
a . - Tensão média de saída desejada:
(tensão contínua média). - Ripple máximo permitido (pico a pico):
. - Carga (resistência equivalente de entrada):
. - Topologia a usar: retificador de onda completa em ponte (bridge).
O que o problema solicita: dimensionar os elementos principais (transformador secundário, diodos, capacitor de filtro, corrente/VA do transformador) e apresentar o circuito final com todos os componentes e seus valores.
Passo 2
Calcular a corrente de carga que a fonte precisa fornecer. Isso é importante para calcular o capacitor e a potência do transformador.
- A tensão média desejada é
e a carga é . - A corrente média na carga é
Comentário amigo: estamos falando de corrente muito pequena (
), então não precisamos de um transformador ou diodos gigantes; ainda assim consideramos folga para pulsos de carga.
Passo 3
Determinar a frequência de ripple para retificador de ponte (onda completa).
- A rede é
. Num retificador de onda completa a frequência do ripple é o dobro da da rede:
Isso entra na fórmula do capacitor.
Passo 4
Derivar e explicar a fórmula de dimensionamento do capacitor de filtro (modo simples, capacitor de entrada).
- Modelo prático: entre picos consecutivos da tensão retificada o capacitor fornece a corrente
e sua tensão cai aproximadamente linearmente. Para small ripple, a queda de tensão durante o intervalo de descarga pode ser aproximada por
- Para retificador de onda completa, o intervalo entre picos é
. Então . Substituindo,
- Assim, se queremos um ripple pico-a-pico
conhecido, o capacitor necessário é
Explicação didática: o capacitor entrega a corrente da carga até o próximo pico de tensão da rede recarregar o capacitor; quanto maior o capacitor, menor a queda
.
Passo 5
Calcular o valor de
usando os números do enunciado.
- Substituindo
, e :
Comentário: Valor calculado é
. Em prática usa-se um valor padrão acima (maior) para margem e menor ripple; por exemplo
é uma escolha comum.
Passo 6
Explicar o efeito das quedas nos diodos e como obter a tensão do secundário do transformador.
- Num retificador em ponte, na condução para carregar o capacitor sempre passam duas junções directas, então a queda total é aproximadamente
, onde é a queda de um diodo em condução. - Para diodos de silício comuns (ex.:
), podemos aproximar na ordem de dezenas de mA. Então a queda no conjunto da ponte é . - O pico da tensão do secundário, sem considerar diodos, é
- Quando o capacitor é recarregado ele sobe até cerca de
. Chamemos esse pico no capacitor de . - A tensão média (aproximação com ripple triangular) é aproximadamente
Portanto, para garantir
, devemos ter
Passo 7
Encontrar
(secundário do transformador) a partir das relações anteriores.
- Primeiro calcule
:
- Como
, então
- Agora
. Calculando:
Observação prática: esse valor
é o secundário necessário teoricamente. Podemos arredondar para
na especificação do transformador.
Passo 8
Escolher valor comercial do capacitor e recalcular o ripple resultante (verificação).
- Escolhemos um capacitor comercial ligeiramente maior que o mínimo:
a (tensão nominal segura acima de ). - Recalcular ripple com
:
- Conclusão: com
o ripple estimado é , ou seja, menor que o máximo exigido . Boa margem!
Passo 9
Dimensionar a corrente/VA do transformador e escolher diodos com margem.
- Potência DC entregue:
. - Em retificadores com capacitor de entrada há pulsos de corrente; portanto recomenda-se projetar o transformador com folga. Adotamos um secundário com corrente nominal
(100 mA), o que dá potência nominal
- Assim, um transformador comercial de aproximadamente
com secundário e primário é adequado. - Diodos: usar uma ponte de quatro diodos do tipo
(corrente média , pico muito maior), que é mais que suficiente para um projeto de . A queda é adequada para nossos cálculos. - Capacitor: usar eletrolítico de
, (tensão nominal bem acima de ).
Passo 10
Montagem do circuito e observações práticas (explicar o que ligar onde).
- Entrada: rede
ao primário do transformador (usar fusível de segurança no primário e aterramento conforme normas — sempre recomendado). - Secundário:
(aprox.) ao retificador em ponte (D1…D4). - Saída da ponte: terminal + vai para o terminal positivo do capacitor de filtro
e para a carga ; terminal - vai para o terminal negativo do capacitor e para a outra ponta da carga. - O capacitor
filtra o ripple. - Recomenda-se adicionar um resistor pequeno de partida (NTC ou resistor limitado) somente se houver problema de pico de corrente no carregamento do capacitor; para esse nível de corrente (40 mA) não é estritamente necessário.
- Lista de componentes finais e suas funções:
- Transformador: primário
, secundário (aprox.), corrente secundária nominal (aprox. ). - Ponte retificadora: 4 ×
(ou um módulo ponte 1 A). - Capacitor de filtro:
, . - Carga:
. - Fusível de proteção no primário (por exemplo
atrasado) e fusível no secundário opcional. - Cabos, bornes e etiqueta de polaridade.
- Transformador: primário
Passo 11
Verificação final dos valores (resumo numérico e checagem rápida).
- Corrente de carga:
. - Capacitância calculada mínima:
. Escolhemos → ripple real . - Secundário calculado:
→ especificado . - Tensão pico do secundário:
. - Pico no capacitor:
. - Tensão média estimada:
(consistente). - Transformador VA recomendado:
. - Diodos:
.
Resposta
Transformador: primário
, secundário
(aprox.), secundário nominal
(aprox.
).
Ponte retificadora: 4 × (ou módulo ponte 1 A).
Capacitor de filtro: ,
.
Carga: .
Estimativas chave: , ripple estimado com
:
.
Ponte retificadora: 4 ×
Capacitor de filtro:
Carga:
Estimativas chave:
Esquema elétrico (descrição do desenho final): primário
-> transformador -> secundário
-> ponte (D1…D4
) -> saída + -> capacitor
entre + e - -> carga
entre + e - -> retorno para a ponte. (Fusível no primário recomendado.)