Capítulo 013

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As fontes de alimentação
Os diodos são dispositivos eletrônicos cujo funcionamento consiste em permitir a passagem da corrente num sentido e opor-se no contrário. Vamos ver uma das aplicações dos diodos graças a esta característica. 
As fontes de alimentação são usadas para fornecer corrente elétrica aos nossos aparelhos eletrônicos mas como partem de uma corrente alternada é necessário transformá-la em corrente contínua. Neste objetivo teremos os diodos como grandes aliados. 
A fonte de alimentação é para um dispositivo eletrônico como os "alimentos" são para os seres humanos. É evidente que qualquer equipamento necessita dela para funcionar. 
Se falha a fonte falha todo o equipamento. 
A forma em que está disponível a energia elétrica dos nossos lares não é a adequada para os aparelhos que todos conhecemos: televisores, máquinas de lavar, frigoríficos, etc. A maior parte destes aparelhos necessitam de corrente contínua para funcionar, ao passo que a que dispomos nas nossas tomadas é de corrente alternada.
 Temos duas soluções, a primeira é usar pilhas ou baterias mas isto nos sairia muito caro; a segunda é transformar a corrente. De agora em adiante o nosso objetivo vai consistir em transformar a corrente alternada em corrente contínua. O processo se divide em distintas etapas bem diferenciadas. 
Como pode ver-se na ilustração correspondente. A corrente elétrica em "bruto" vem como corrente alternada e com tensão variável; no entanto, após atravessar a fonte de alimentação, obtemos corrente contínua com tensão constante... E esta é a que nos interessa pois é a que vamos ligar aos nossos dispositivos. 
A primeira etapa pela que vai ter que passar a corrente vai ser por um transformador de potência. Este não faz mais que elevar a diferença de potencial ou diminuí-la (depende do tipo de transformador), isto se traduz numa "alongação" do seu gráfico. 
Seguindo com a similitude entre a corrente e um jato de água podemos imaginar o efeito deste primeiro passo, que é o transformador, como se pisássemos uma mangueira pela que está circulando água. Veríamos que ao diminuir a largura da mangueira, seguiria saindo a mesma quantidade de água, mas com maior pressão. Este exemplo equivaleria a um transformador cuja função fosse a de aumentar a tensão. Pelo contrário, um transformador que diminuísse a tensão se poderia comparar com uma mangueira na que a metade dela tivesse uma largura, e a outra metade tivesse uma largura maior. A água ao passar do pedaço de mangueira mais estreito ao pedaço com maior largura sofreria uma "travagem" no seu caminho de um extremo da mangueira ao outro. Assim entraria a uma pressão e sairia a uma pressão menor. 
O segundo passo para a corrente se conhece com o nome de retificador. A finalidade deste, tecnicamente falando, diz-se que é converter a tensão e corrente alternada em tensão e corrente "unidirecionais". No nosso exemplo é bem simples dar-se conta do que isto significa; como vimos, a corrente alternada se pode equiparar à água circulando agora neste sentido...agora no contrário...e assim sucessivamente. Pois um retificador não seria mais que uma válvula. 
Como mostra a ilustração correspondente, é onde se permite que a água circule única e exclusivamente num sentido mas não no contrário. Assim pois, a polaridade da tensão que saia do retificador vai ser sempre a mesma e portanto, a partir daqui, já temos corrente contínua. No entanto a tensão de que dispomos ainda não é a adequada dado que, apesar de não se tornar negativa, ainda continua oscilando entre zero, um máximo... e de novo zero.	
No seguinte passo, o filtro, vai ser o encarregado de "apaziguar" estas oscilações da tensão conseguindo uma tensão com umas oscilações bastante menores. De novo poderíamos imaginar uma mangueira que tivesse um pedaço 
com uma largura e à continuação outro estreito e assim do princípio ao fim; algo similar a uma "atadura de chouriços". A 
água circularia oscilando constantemente a sua pressão, sendo esta maior nos pedaços estreitos e menor nos largos, pois bem, o nosso filtro seria "algo" que alisaria essas 
diferenças da mangueira conseguindo que a água não sofresse tão grandes mudanças de pressão e fluísse de uma forma mais 
contínua.
Por último, podemos encontrar, embora não sempre se utilize, com um regulador. A finalidade de dito dispositivo não é outra que a de atenuar mais ainda essas pequenas variações de tensão que se produzem, proporcionando uma tensão constante entre os bornes. No nosso exemplo é como se por fim dispuséssemos de uma mangueira lisa e uniforme através da qual circula uma corrente de água constante sem sofrer nenhum tipo de variação na sua pressão nem no seu caudal. 
À continuação vamos examinar cada um dos dispositivos (etapas) com mais detalhe com o fim de poder chegar a um maior entendimento sobre quais são as propriedades e características de cada um deles. 
Tipos de retificadores
O primeiro dos retificadores que vamos ver é o chamado retificador de meia onda. É o mais simples de todos os retificadores e também o mais barato mas, o retificador de meia onda também tem numerosas desvantagens que depois enumeraremos. É um dos menos usados quando se requer eficácia e bom rendimento, mas o mais utilizado se o que se requer é um baixo custo. 
Este circuito retificador está formado por um só diodo. A tensão de entrada ao circuito é tensão de corrente alternada e, como sabemos, esta tensão vem representada por uma senoide com dois ciclos, um positivo e outro negativo. Durante o ciclo positivo o ânodo do diodo é mais positivo que o cátodo e a corrente pode circular através do diodo. Mas quando estamos no ciclo negativo, o ânodo vai ser mais negativo que o cátodo e não vai permitir a passagem de corrente pelo diodo. A tensão de saída vai ser como a de entrada no primeiro caso, isto é, um ciclo positivo, ao passo que no segundo caso, quando a tensão de entrada seja negativa, a de saída vai ser nula. A onda de saída ficou reduzida à metade e daí veio o nome de retificador de meia onda. Uma tensão de corrente alternada tem duas "metades", uma positiva e outra negativa, no caso anterior usamos o retificador para anular a parte negativa e "ficamos" com a positiva. Mas também podemos "ficar" com a negativa, simplesmente mudando o sentido do diodo dentro do circuito retificador. 
Como vimos, a tensão de saída de um circuito retificador de meia onda se compõe de um ciclo com um valor positivo igual ao da tensão de entrada (no caso mais normal ) e um ciclo com um valor nulo. Isto é a causa de que este tipo de retificadores quase não se usem, dado que durante um tempo não flui corrente alguma na saída. A tensão que se produz não é muito útil para fazer funcionar os nossos aparelhos, daí a necessidade de filtrá-la primeiro, não sendo muito fácil este filtrado. 
O retificador de onda completa
É o retificador mais usado. A grande diferença com o retificador de onda meia é que, neste caso, obtemos à saída tensão em todo instante e não temos intervalos de tempo com uma tensão nula como acontecia com o outro retificador. É um pouco mais caro dado que está constituído por um número maior de componentes mas vale a pena dada a sua maior eficácia. 
Estes retificadores estão constituídos principalmente por dois diodos e um transformador com tomada central. Para explicar o seu funcionamento temos que recordar que um diodo só permite a passagem da corrente num sentido; neste circuito temos dois diodos e cada um deles vai permitir a passagem da corrente num caso oposto. Assim, uma circulará quando a tensão de corrente alternada de entrada se encontre no ciclo positivo e, o outro, quando se encontre no negativo. Mas se não tivéssemos a tomada central o circuito estaria cortado sempre, dado que quando um pode conduzir o outro não, e vice-versa, ao estarem colocados em sentidos opostos; por isso temos que dar uma "rota alternativa"à corrente para que se produza tensão de saída nos dois ciclos de entrada.
 A tensão de entrada aos circuitos de onda completa não é aproveitada na sua totalidade, dado que cada um dos diodos trabalha com a metade da tensão ao estar a tomada central na metade da bobina; por isso, embora vamos obter uma tensão de corrente contínua à saída, em todo instante de tempo o seu valor vai ser a metade do da tensão de entrada. 	
O retificador de VÁLVULA é outro tipo de retificador mas, pela sua similitude com os de onda completa, não lhe dedicaremos muito tempo. A tensão de saída destes retificadores é uma onda completa que, como nos anteriores, é a metade do valor da de entrada. A diferença se encontra nos dispositivos que compõem este circuito, aqui se usam diodos de tubos ou válvulas. 
Retificador ponte
Com este tipo de retificadores vamos conseguir uma tensão de saída de corrente contínua em todo instante, como no retificador de onda completa. A vantagem dos retificadores tipo ponte é que a tensão de saída é da mesma magnitude que a de entrada, não perdemos a metade como acontecia nos anteriores. A desvantagem é que aqui necessitamos de quatro diodos, pelo que o custo deste tipo de circuitos é superior aos vistos anteriormente. 
O retificador ponte está formado por quatro diodos que formam uma "ponte" entre a entrada e a saída. Estes diodos estão ligados em paralelo com o transformador, e não têm nenhuma tomada central como acontecia nos de onda completa, conforme podemos ver no desenho.
 Se o ciclo de tensão da corrente alternada é o positivo, circula corrente pelos diodos 1 e 2, obtendo na saída uma tensão como a de entrada. Se o ciclo de entrada é negativo, circula corrente pelos diodos 3 e 4, e obtemos à saída uma tensão igual em amplitude que a de entrada mas positiva ao invés de negativa. Portanto, em cada ciclo estamos obtendo na saída uma tensão de corrente contínua positiva e de igual amplitude que a de entrada.
 Com estes retificadores aproveitamos toda a tensão de entrada e conseguimos uma retificação de onda completa, embora o seu preço seja o mais elevado de todos. 
Outros circuitos retificadores que ainda não nomeamos são os dobradores de meia onda, dobradores de onda completa e triplicadores de tensão. 
Os capacitores como armazém de energia
Antes de passar a ver como funciona um filtro devemos fazer uma parada no caminho e comentar brevemente o que são e como funcionam os dispositivos básicos de qualquer equipamento eletrônico, os capacitores. 
Um capacitor se pode conceber como um armazém de energia onde ao ser aplicada corrente entre os seus terminais este a vai retendo até chegar a um limite que virá determinado pelo tipo de capacitor que seja. Uma vez alcançado dito limite se podem dar dois casos: o primeiro seria que a corrente continuasse circulando, o segundo que deixasse de circular. No primeiro dos casos o capacitor já não afetaria a passagem da corrente pois ao estar carregado não necessita de mais energia, agora bem, se a corrente cessasse seria então o momento em que o capacitor começasse a "soltar" a sua energia, sempre que tivesse a quem "soltá-la", isto é, sempre que estivesse ligado a "algo". Em caso de que não tivesse a quem "soltar" esta energia armazenada, esperaria pacientemente a que fosse ligado para cedê-la. Suponho que todos fomos avisados do perigo de "brincar" com aparelhos velhos como televisores ou equipamentos musicais, inclusive estando desligados, pois bem, a razão deste conselho paternal se deve precisamente a que estes aparelhos possuem capacitores muito grandes, capazes de armazenar a suficiente energia para propiciar uma descarga elétrica nada recomendável. 
Filtro da tensão retificada
Já vimos como a tensão que entrega um retificador não é completamente útil devido à sua constante variação ao longo do tempo. Além disso, as suas oscilações vão desde um valor limite, ou máximo, até "zero" e este é outro inconveniente dado que no momento em que a tensão é zero, não se entrega energia alguma. Pois bem, graças ao uso de um filtro conseguiremos "alisar" essas ondulações na tensão, a fim de obter uma tensão o mais parecida a uma constante; além disso o valor mínimo não será zero mas terá um valor algo positivo.
Como vemos na ilustração correspondente,acrescentamos um capacitor em paralelo. Nesta situação, se não ligássemos nada entre os pontos A e B (chamados carga) o capacitor começaria a carregar-se até chegar ao seu limite. 
É então quando o nosso filtro oferece uma tensão constante. Esta situação seria suficiente sempre que não se entregasse corrente à carga, isto é, não se ligasse algo. Mas, evidentemente, seria absurdo desenhar um dispositivo eletrônico para não o utilizar. O que ocorre então quando ligamos algo às saídas do filtro? Pois que qualquer aparelho eletrônico que se ligue necessita de energia para funcionar. E esta energia elétrica que necessita será tomada de duas partes; por um lado tomará energia da própria fonte e por outro da que está armazenada no capacitor. Isto não teria grande importância se não fosse pelo fato de que o capacitor ao se descarregar vai perdendo diferença de potencial entre os seus bornes, portanto, a tensão volta a descer. No entanto, como a fonte está constantemente fornecendo energia elétrica, o capacitor volta a carregar-se e a tensão portanto volta a subir. É uma oscilação de tensão que dependerá de que quantidade de energia requeira o dispositivo ligado. Não obstante, estas oscilações são bastante menores que as obtidas diretamente do retificador, assim pois, a sua utilização está justificada. 
O funcionamento de um filtro formado por um capacitor está baseado em que dito capacitor pode armazenar energia. 
Há outro tipo de dispositivo capaz de armazenar a energia, são os indutores. 
Podemos ter um filtro formado por um indutor, um capacitor ou ambos juntos.
Reguladores eletrônicos
Esta vai ser a última etapa dentro da nossa fonte de alimentação. Embora já tenhamos uma corrente contínua quase perfeita depois da passagem pelas três etapas anteriores, ainda há aparelhos eletrônicos que não se conformam com que a corrente passe por um filtro e necessitam melhorá-la usando dispositivos eletrônicos. 
Uma fonte de alimentação regulada ideal é a que mantém constante a tensão de saída apesar das mudanças na tensão de entrada. 
Existem três tipos básicos de fontes de alimentação reguladas, conforme esteja colocado o dispositivo regulador no circuito: regulador em série, regulador em paralelo e regulador em comutação. Devem o seu nome a que no primeiro colocamos um dispositivo em série e no segundo está montado em paralelo. Nestes reguladores toda a energia que não libertamos na carga a temos que libertar no regulador, embora não seja aproveitada. No entanto, nos reguladores em comutação se volta a utilizar esta energia, mas isto já o estudaremos mais adiante, por agora conformaremos em saber que existe um tipo de controlador eletrônico que aproveita toda a energia que chega a ele. 
Os dispositivos que mais se usam para regular as fontes de alimentação são os diodos Zener e o regulador Shunt.
 Adaptado do “curso de eletrônica” da Editora F&G S.A (1995)
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Este esquema corresponde a um retificador ponte, que é o mais complexo dos retificadores.
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Com os transformadores podemos conseguir que a tensão aumente, igual o aumento da pressão d’água ao estreitar-se a mangueira.
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Capacitores como estes são capazes de armazenar energia suficiente para produzir uma descarga elétrica importante.
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Este é o aspecto que oferece um filtro dentro de uma fonte de alimentação.
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Vendo uma fonte de alimentação por dentro não se apreciam claramente todas as etapas devido ao reduzido espaço que dispomos.
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As fontes de alimentação são um componente muito importante dentro de um aparelho eletrônico.
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O retificador vai permitir a passagem de corrente num só sentido.
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A uma fonte de alimentação chega corrente alternada e sai corrente contínua.
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Esquema de fonte de alimentação. Podemos observar as diferentes etapas que passa a corrente.
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Um capacitor armazena energia elétrica. Como acontece num tanque de água convencional.
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Depois de passar pelo filtro a tensão contínua é quase constante.
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Os retificadores de onda completa têm uma tomada central no transformador, permitindo a passagem da corrente em todo momento.
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O principal componente de um retificador de meia onda é o diodo que permite a passagem da corrente no ciclo positivo.