Nos artigos anteriores, discutimos componentes eletrônicos passivos como resistores, capacitores, indutores e transformadores. Os componentes passivos são particularmente úteis no projeto de vários circuitos analógicos.
A verdadeira diversão da eletrônica moderna começa com os semicondutores e a eletrônica digital. A eletrônica trata de sinais (na forma de tensão ou corrente) e do processamento de sinais por componentes e circuitos. A eletrônica de semicondutores é possível através do processamento de sinais eletrônicos como valores binários (0 e 1, ou Baixo e Alto). Esta aplicação da eletrônica semicondutora para processar sinais como valores binários leva à implementação da lógica booleana na forma de eletrônica digital. Assim começou o uso da eletrônica para 'computação'. Logo, engenheiros e pesquisadores desenvolveram maneiras de medir várias grandezas físicas, convertendo-as em sinais elétricos analógicos e digitalizando esses sinais analógicos em valores digitais. Eles também desenvolveram maneiras de converter sinais digitais em sinais elétricos analógicos equivalentes. Agora, os computadores também podem interagir e responder ao mundo físico.
A maior parte da electrónica moderna trata da “computação electrónica” e das suas aplicações no mundo real. A computação eletrônica, combinada com tecnologias de exibição e dispositivos eletrônicos de entrada/saída, leva ao desenvolvimento de computadores de uso geral. A computação eletrônica, combinada com diversas tecnologias de comunicação, leva ao desenvolvimento de tecnologias de telecomunicações, televisão e internet. A computação eletrônica combinada com comunicação sem fio e sensores leva ao desenvolvimento de eletrônicos móveis e wearables. A computação eletrônica combinada com sensores e atuadores leva ao desenvolvimento de aplicações como sistemas embarcados, robótica e automação.
Mas, antes de começarmos a jornada interminável dos semicondutores e da eletrônica digital, será melhor ter algum conhecimento básico sobre fontes de alimentação. É a fonte de alimentação que dá vida a qualquer circuito ou dispositivo eletrônico. Todo circuito ou dispositivo eletrônico precisa essencialmente ter uma seção de fonte de alimentação ou pode precisar ser conectado como uma carga a um circuito de fonte de alimentação externo.
A fonte de energia elétrica pode ser linhas de transmissão elétrica (rede elétrica), sistemas eletromecânicos (alternadores e geradores), energia solar ou dispositivos de armazenamento como células e baterias. Fontes de alimentação são conversores de energia que convertem energia elétrica de uma fonte em tensão, corrente e frequência adequadas a um circuito de carga. A fonte de energia elétrica pode ser AC ou DC. Assim como os geradores e a rede elétrica, a eletricidade fornece energia CA, enquanto as baterias e os dispositivos solares fornecem energia CC. Um circuito de fonte de alimentação pode receber energia de uma fonte CA ou CC e gerar energia CA ou CC convertida para se adequar a uma carga. Portanto, os circuitos de fonte de alimentação 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 CA variáveis, transformadores de isolamento e trocadores de frequência. As fontes de alimentação CA para CC são as mais comuns. Algumas das fontes de alimentação CA para CC incluem fonte de alimentação CC linear não regulamentada, fonte de alimentação CC regulada linearmente (fonte de alimentação de bancada), fontes de alimentação reguladas por comutação e fonte de alimentação regulada por ondulação. Fontes de alimentação baseadas em bateria, fontes de energia solar e conversores CC para CC são exemplos de fontes de alimentação CC para CC. Fontes de alimentação baseadas em bateria e fontes de energia solar são usadas para alimentar diretamente circuitos eletrônicos, enquanto conversores CC para CC são geralmente usados para converter CC de entrada em diferentes níveis para alimentar diferentes circuitos no mesmo dispositivo, em vez de usar diferentes CA-para- Fontes DC para obter diferentes níveis de tensão/corrente. Inversores, geradores e UPS são fontes de alimentação CC para CA comumente usadas.
Fonte de alimentação CA variável
As fontes de alimentação CA variáveis são projetadas usando transformadores ou autotransformadores ajustáveis. Eles são usados para converter níveis de tensão CA para CA. Um transformador com vários enrolamentos ou derivações pode ser usado para projetar tal fonte de alimentação, caso contrário, um autotransformador ajustável pode ser usado. Essas fontes convertem a tensão CA e os níveis de corrente enquanto a frequência da fonte de alimentação permanece inalterada.
Trocadores de frequência
Os trocadores de frequência são usados para converter a frequência da energia CA. Estes podem ser projetados usando dispositivos eletromecânicos como um grupo motor-gerador ou com a ajuda de um conjunto retificador-inversor. O retificador primeiro converte CA em CC e, em seguida, o inversor converte CC de volta em CA de diferentes frequências.
Transformadores de isolamento
Os transformadores de isolamento são usados para alimentação CA para CA, onde a correspondência de impedância é necessária entre a fonte de alimentação e o circuito de carga. Os transformadores de isolamento geralmente não convertem os níveis de tensão ou a frequência da fonte de alimentação. Eles são úteis na conexão de circuitos balanceados e não balanceados.
Esses transformadores de isolamento são usados para aumentar ou diminuir a tensão, mantendo a rede elétrica e os circuitos de saída isolados por meio de isolamento reforçado certificado pela CE. (Imagem: Transformador de Sinal)
Fonte de alimentação linear não regulamentada
Fontes de alimentação lineares não regulamentadas são fontes de alimentação CA para CC simples. Eles são projetados usando um transformador abaixador, retificador, capacitor de filtro e resistor de sangramento. Primeiro, um transformador converte a tensão da linha no nível de tensão necessário em CA. A tensão CA reduzida é então convertida em tensão CC usando um retificador de meia onda ou onda completa. O retificador é projetado com diodos. A CC pulsante do retificador é suavizada usando capacitores de filtro. Um resistor de purga pode ser conectado em paralelo ao capacitor do filtro para proteção.
As fontes de alimentação não regulamentadas são simples e duráveis. Entretanto, sua tensão de saída pode variar devido à variação na tensão de entrada ou na corrente de carga. Então, estes não são muito confiáveis. Além disso, eles só podem ser projetados para produzir tensão e corrente fixas.
Fonte de alimentação regulada linear
As fontes de alimentação reguladas linearmente são fontes de alimentação CA para CC. Elas são iguais às fontes de alimentação não reguladas (força bruta), exceto pelo fato de usarem um circuito de transistor operando em uma região ativa ou linear no lugar do resistor de sangramento. Este estágio de transistor ativo permite a saída para diferentes níveis precisos de tensão CC. Existem vários CIs reguladores de tensão disponíveis que possuem um circuito de transistor ativo integrado neles. As fontes de alimentação reguladas linearmente são estáveis, seguras, confiáveis e livres de ruído. Existem CIs reguladores de tensão disponíveis para uma ampla gama de tensões de entrada e saída e eles produzem tensões CC fixas. As principais desvantagens desses suprimentos são seu custo, tamanho e eficiência energética. Essas fontes perdem muita energia devido à dissipação de energia e podem necessitar do uso de dissipador de calor com CIs reguladores.
A fonte de alimentação linear das fontes de alimentação Acopian (parte superior) é dez vezes maior e mais pesada do que uma fonte de comutação comparável (parte inferior) que também é da Acopian, mas a unidade linear possui atributos benéficos que a fonte do switcher não pode igualar.
Troca de fonte de alimentação regulada
As fontes de alimentação reguladas comutadas são fontes de alimentação CA para CC complexas que tendem a combinar as vantagens das fontes de alimentação reguladas e não regulamentadas. No SMPS, a tensão da linha é retificada para CC e depois convertida novamente para onda quadrada CA com a ajuda de transistores chaveadores. Esta onda quadrada de alta frequência é então reduzida ou intensificada e então novamente retificada. A tensão CC retificada é filtrada antes de ser fornecida a uma carga.
Fonte de alimentação regulada por ondulação
A fonte de alimentação regulada por ondulação é uma variação aprimorada da fonte de alimentação CA para CC não regulamentada. Ele é projetado combinando uma fonte de alimentação não regulada com um circuito de transistor operando na região de saturação. O circuito do transistor transfere energia CC para um capacitor para manter os níveis de tensão. A principal vantagem do fornecimento regulado por ondulação é a sua eficiência energética.
Fontes de alimentação reguladas ajustáveis
Fontes de alimentação reguladas linearmente podem ser modificadas para fornecer uma faixa de tensões ajustáveis usando um resistor variável no estágio final. O resistor variável pode reduzir a tensão de saída para valores ajustáveis. Uma tal fonte de alimentação ajustável pode então fornecer tensões na faixa de zero até a tensão máxima regulada pela fonte. Fontes de alimentação reguladas linearmente simétricas também podem ser modificadas para fornecer tensões em polaridade negativa.
Fontes de bateria e energia solar
Baterias, células e painéis solares fornecem energia CC. A energia dos dispositivos de armazenamento ou painéis solares precisa primeiro ser filtrada para remover ondulações pulsantes. Em seguida, ele pode ser regulado para os níveis de tensão CC desejados usando CIs reguladores de tensão. Se a tensão de alimentação de uma bateria ou painel solar precisar ser aumentada, isso pode ser feito usando transistores como amplificadores.
Conversores DC para DC
Os conversores CC-CC são usados para aumentar ou diminuir as tensões CC. Os conversores CC para CC podem ser do tipo semicondutor, eletromecânico ou eletroquímico. SMPS DC para DC, como conversor push-pull, conversor buck, conversor boost, conversor buck-boost são alguns exemplos de conversores DC para DC do tipo semicondutor. Essas fontes são geralmente usadas para converter CC (retificada da rede elétrica ou outra fonte CA) para fornecer diferentes níveis de CC, em vez de usar muitas fontes CA para CC em um dispositivo.
Um exemplo de fonte de alimentação 2 W dc-dc em SMD (Imagem: Recom).
Fontes de alimentação DC para AC
Esses tipos de fontes de alimentação geralmente são usados para backup de energia. Inversores, UPS e geradores são exemplos de tais sistemas de fornecimento de energia.
Hobbyistas e engenheiros eletrônicos geralmente usam fontes de alimentação reguladas linearmente e fontes de alimentação de bateria. Outros tipos de fontes de alimentação são geralmente projetados e produzidos para aplicações ou circuitos específicos. Alguns circuitos podem exigir o projeto de uma fonte de alimentação usando painel(s) solar(is).
Para iniciantes, é sempre conveniente começar com uma fonte de alimentação regulada linearmente, fornecendo tensões CC comumente usadas, como 12V, 9V, 5V e 3V. Para circuitos portáteis, as mesmas tensões podem ser alcançadas utilizando fontes reguladas baseadas em baterias. Os suprimentos regulamentados baseados em bateria podem exigir a substituição da bateria em intervalos regulares. Portanto, uma fonte de alimentação regulada linearmente que fornece níveis de tensão CC comumente usados é melhor para prototipagem e teste de circuitos eletrônicos. Os circuitos de produção podem então receber energia por bateria ou circuitos baseados em painel solar, se necessário.
No próximo artigo discutiremos células e baterias.
