Componentes Eletrônicos: Capacitores, Indutores e Fontes de Tensão

Capacitores

Capacitor é um componente formado por dois elementos condutores chamados "armaduras" que são separados por uma substância isolante chamada dielétrico. De cada armadura deriva um terminal.

Características Nominais de Capacitores

Um capacitor é especificado em função de várias características:

• Capacitância
• Tensão de trabalho
• Tolerância
• Tipo de dielétrico

Capacitância

Do ponto de vista físico, define-se capacitância como sendo a capacidade que o componente apresenta de armazenar cargas elétricas. A capacitância pode vir escrita diretamente no corpo do capacitor ou representada indiretamente através de convenções.

Se a tensão entre as armaduras do capacitor for aumentada gradativamente, observar-se-á que a carga armazenada crescerá proporcionalmente. A razão entre a carga armazenada (q) e a tensão aplicada (U) é constante e define matematicamente a capacitância (C).

DIELÉTRICO - Relação carga x tensão no capacitor

A carga "q" referida é a de uma armadura apenas, porque a carga total é zero.

A unidade de capacitância é o Farad, abreviado por F, mas como se trata de uma unidade muito grande, prefere-se usar submúltiplos como:

• picofarad = 10^-12 FARAD ( pF )
• nanofarad = 10^-9 FARAD ( nF )
• microfarad = 10^-6 FARAD ( μF ou MF )

Tensão Nominal

Na maioria dos casos a tensão de trabalho, ou tensão nominal, representa a tensão CC para a qual o capacitor foi projetado. Para verificar a possibilidade dele trabalhar com outras formas de onda, deve-se consultar os catálogos dos fabricantes.

Tolerância

A tolerância indica a faixa na qual pode estar o valor real da capacitância. Por exemplo, em um capacitor de 100 μF com tolerância de 5 %,

a capacitância estará compreendida entre 95 μF e 105 μF.

É conveniente observar a tolerância ao se substituir um capacitor, para evitar-se que o funcionamento do circuito fique alterado.

A tolerância pode ser apresentada pelo fabricante das seguintes formas:

• escrita diretamente no corpo do capacitor;
• representada através de código de cores,
• através de letras.

Outras Características dos Capacitores

• Corrente de fuga: É a corrente que circula no dielétrico devido à resistência finita do mesmo. Se existisse um dielétrico ideal (resistência infinita) a corrente de fuga não existiria. Se o capacitor estiver em bom estado esta corrente será desprezível.
• Coeficiente de temperatura: A capacitância é variável com a temperatura. Na maioria dos casos a capacitância expressa no corpo do capacitor é referida a uma temperatura de 20°C. Se a capacitância cresce ao aumentar a temperatura que o capacitor está submetido, então o coeficiente de temperatura é dito positivo. Se o aumento da temperatura implica em diminuição da capacitância, o coeficiente de temperatura é dito negativo. A variação de capacitância é função do material utilizado como dielétrico.

Tipos de Capacitores

Quanto ao Dielétrico

Normalmente é o dielétrico que dá nome ao capacitor. Assim, se o dielétrico de um capacitor for a cerâmica, teremos um capacitor cerâmico; se for o poliéster (uma espécie de plástico), o capacitor será dito de poliéster; se for de papel, o capacitor será dito de papel, etc.

Capacitores Cerâmicos

Os capacitores cerâmicos utilizam algum tipo de material cerâmico como dielétrico. As armaduras podem ser placas metálicas ou uma tinta condutora que é aplicada na cerâmica. O conjunto recebe um revestimento isolante. Devido à permissividade relativamente baixa, são fabricados para baixas capacitâncias (até poucas unidades de μF). A variação da capacitância com a temperatura é grande, o coeficiente de temperatura pode ser positivo (a capacitância aumenta com o aumento da temperatura) ou negativo (a capacitância diminui com o aumento da temperatura), dependendo do tipo de cerâmica.

Identificação do Valor Nominal dos Capacitores Cerâmicos

Duas situações podem ocorrer:

1. A capacitância do capacitor é representada por um código de três números:
   • O primeiro número representa o 1º algarismo significativo;
   • O segundo número representa o 2º algarismo significativo;
   • O terceiro número representa o multiplicador (número de zeros à direita);
   O valor obtido é a capacitância do capacitor em pF. A tolerância vem indicada a seguir, sendo que a letra K representa uma tolerância de 10% e a letra M de 20%. A tensão nominal vem a seguir (63 Vcc, 100 Vcc, etc.). Ex: O capacitor da figura 3.b é de 100000 pF (picofarads) ou 100 nF (nanofarads) e tolerância 10 % (K).
2. A capacitância do capacitor pode vir representada por um número juntamente com a letra que indica o submúltiplo da unidade de capacitância. Esta letra pode vir no final do valor da capacitância ou no lugar da vírgula. Se for omitida, subentende-se que é a letra p (pico).

Capacitores de Filme Plástico

Estes capacitores utilizam um material plástico como dielétrico. Os mais comuns são poliéster, polipropileno e poliestireno (conhecido por Styroflex), podendo ser construídos metalizados ou não-metalizados. Os capacitores não-metalizados são constituídos por lâminas de alumínio isoladas por tiras de plástico. Os capacitores metalizados são constituídos por um dielétrico de filme plástico em cuja superfície é depositada, por um processo de vaporização, uma finíssima camada de alumínio, com espessura de 0,02 a 0,05 μm (Boletim Técnico Icotron).

A metalização traz duas vantagens:

• Maior capacitância em relação aos não-metalizados de mesmas dimensões.
• Auto-regeneração, ou seja, no caso de uma sobretensão que fure o dielétrico, a camada de alumínio existente ao redor do furo é submetida à elevada temperatura, transformando-se em óxido de alumínio (material isolante) desfazendo então o curto-circuito. Desse modo as falhas no dielétrico podem ser efetivamente isoladas. A auto-regeneração é praticamente instantânea.

Os capacitores plásticos são apolares, e possuem baixíssima corrente de fuga, alta estabilidade de capacitância com a variação da temperatura e baixa sensibilidade à umidade.

São fabricados com capacitâncias na faixa de 1nF a 8 μF com tensões nominais que podem chegar a 1600 V em capacitores para aplicações específicas.

Alguns capacitores de poliéster metalizado têm suas características nominais representadas através de código de cores. Nem sempre os capacitores são de pequeno tamanho e utilizados em circuitos eletrônicos. Existem capacitores de potência, monofásicos ou trifásicos, utilizados para correção de fator de potência e partida de motores de indução monofásicos que podem ficar permanentemente ligados à rede. Os capacitores utilizados na correção do fator de potência são formados por uma caixa de alumínio contendo internamente dezenas de capacitores de polipropileno metalizado ligados em série e paralelo.

Capacitores Eletrolíticos

Os capacitores eletrolíticos podem possuir o dielétrico de óxido de alumínio ou de óxido de tântalo (isolantes). Os capacitores eletrolíticos de alumínio podem ser polarizados ou apolares. Já os eletrolíticos de tântalo são polarizados. A grande vantagem do capacitor eletrolítico em relação aos outros é a sua alta capacitância específica (grande valor de capacitância em volume reduzido), com preço razoável em comparação ao valor de sua capacitância.

Capacitores Eletrolíticos de Alumínio Polarizados

A armadura negativa é composta de papel embebido de um fluido condutor (denominado eletrólito) e uma folha de alumínio que serve para estabelecer contato entre o eletrólito e o terminal. A armadura positiva é uma folha de alumínio em que uma das faces está coberta por óxido de alumínio (isolante). Observe que é o óxido de alumínio que atua como dielétrico. O óxido de alumínio é formado fazendo-se circular entre a armadura negativa e a armadura positiva (inicialmente não oxidada) uma corrente contínua que ocasiona a deposição de uma fina camada de óxido de alumínio (aproximadamente 0,7 μm) sobre a armadura positiva. O conjunto, folhas de alumínio/papel com eletrólito, é enrolado e inserido em um invólucro em forma de caneca. O óxido de alumínio tem duas características importantes: é um ótimo isolante e possui alta permissividade. Sendo assim, a distância entre as armaduras pode ser pequena, sem que a tensão nominal tenha de ser baixa. A pequena distância entre as armaduras aliada a alta permissividade do dielétrico contribuem para uma capacitância alta. Além disto, a área das armaduras pode ser alta sem aumentar consideravelmente o tamanho do capacitor, porque as armaduras são enroladas.

Se o capacitor eletrolítico for ligado de maneira incorreta, com polaridade invertida, inicia-se um processo eletrolítico que desloca o óxido de alumínio de uma armadura para outra. Isto significa uma corrente interna que gera calor e gás, podendo destruir o capacitor (inchar o invólucro ou até explodir).

Portanto, são capacitores que devem ser utilizados em circuitos de corrente contínua pura ou em corrente contínua com uma componente alternada muito pequena.

Capacitores Eletrolíticos de Alumínio Apolares

Nestes capacitores as duas armaduras são oxidadas, de forma que eles suportam correntes alternadas por alguns segundos. São bastante utilizados para auxiliar a partida de motores de indução monofásicos.

Capacitores Eletrolíticos de Tântalo

A armadura positiva é obtida compactando-se grãos de tântalo (metal raro) em forma cilíndrica, de modo a obter-se um corpo metálico poroso. O dielétrico é obtido através de oxidação das superfícies dos grãos de tântalo por processo eletrolítico. A armadura negativa é formada preenchendo-se os espaços entre os grãos com dióxido de manganês (substância condutora).

Características:

• O capacitor eletrolítico de tântalo é seco, portanto não oferece o risco de vazamento como o eletrolítico de alumínio.
• O capacitor eletrolítico de tântalo é mais caro que o eletrolítico de alumínio.
• O capacitor eletrolítico de tântalo é fabricado em tensões de até 125 V, enquanto que o eletrolítico de alumínio até 700 V.
• O capacitor eletrolítico de tântalo é fabricado para capacitâncias menores que 100μF, enquanto que o eletrolítico de alumínio pode chegar até 1F.
• A permissividade do óxido de tântalo é maior que a do óxido de alumínio, portanto o capacitor eletrolítico de tântalo é menor que o eletrolítico de alumínio com mesmas características nominais.
• O capacitor eletrolítico de tântalo é utilizado onde se deseja alta confiabilidade, grande compactibilidade, pequena variação de capacitância com a temperatura e baixa corrente de fuga.

Outros Tipos de Dielétrico

Além dos capacitores mencionados acima, existem outros tipos menos utilizados. Pode-se citar: Capacitores de papel metalizado, capacitores de papel encerado, capacitores de papel impregnado com óleo, capacitores de mica, capacitores de vidro e capacitores de ar.

Quanto à Variação da Capacitância

Capacitores Fixos

São capacitores cujo valor da capacitância é fixo, ou seja, não pode ser alterado. São os capacitores comuns.

Capacitores Ajustáveis

São capacitores cuja capacitância pode ser alterada mediante a utilização de alguma ferramenta, como por exemplo, chave de fenda. Normalmente são usados para ajuste ou calibração do circuito e são instalados de modo que só abrindo o instrumento é que poderemos ter acesso à eles. As capacitâncias são da ordem de picofarads e o material dielétrico utilizado geralmente é a mica. Os dois tipos mais comuns são o Padder e o Trimmer.

Capacitores Variáveis

Os capacitores ajustáveis são instalados de modo que só o técnico que faz manutenção pode ter acesso à eles. Os capacitores variáveis, ao contrário dos ajustáveis, são construídos e instalados de modo que o próprio usuário do equipamento pode alterar a capacitância do capacitor sem precisar de ferramentas e sem precisar abrir o instrumento, pois o capacitor variável faz parte dos elementos de controle do equipamento. A capacitância destes capacitores é variada através da rotação de um eixo. Possui armaduras fixas e armaduras móveis intercaladas, de forma que a variação da capacitância é obtida através de um efeito de variação da área das armaduras. Quando as armaduras móveis estão totalmente inseridas entre as fixas obtém-se a máxima capacitância. À medida que as armaduras móveis são retiradas da frente das fixas, a capacitância vai diminuindo. São fabricados para capacitâncias da ordem de picofarads. Nos equipamentos modernos o capacitor variável vem sendo substituído pelo "diodo de capacitância", também conhecido como "Varicap". Seu funcionamento é o seguinte: na unidade I...

Quanto à Polaridade da Tensão

Capacitores Polarizados

Os capacitores eletrolíticos possuem polaridade certa para ligação, ou seja, possuem um pólo negativo e um pólo positivo marcados no invólucro. O pólo positivo deve ser ligado no terminal positivo e o pólo negativo deve ser ligado no terminal negativo da fonte de tensão. Se invertermos a polaridade do capacitor, o mesmo poderá ser danificado. Isto é indicado pelo inchaço de sua borracha de vedação ou pela explosão do capacitor, no caso de capacitores mais antigos. Por este motivo, os capacitores eletrolíticos não podem ser usados em corrente alternada, só podem ser usados em corrente contínua (com exceção dos capacitores eletrolíticos apolares que podem ser ligados em CA por alguns segundos).

Capacitores Apolares

São capacitores que não possuem polaridade certa para funcionar, ou seja, podem ser ligados tanto em corrente contínua quanto em corrente alternada. Capacitores cerâmicos, de poliéster, de papel, etc, são exemplos de capacitores apolares.

Para haver corrente de carga ou de descarga no capacitor é preciso haver uma variação da tensão nos seus terminais. Esta variação de tensão não pode ser brusca pois a corrente fornecida pela fonte teria que ser infinita, o que é impossível. Quando a intensidade da tensão estiver aumentando o capacitor estará carregando e a corrente estará entrando pelo terminal positivo da tensão do capacitor. Por outro lado, quando a intensidade da tensão estiver diminuindo, o capacitor estará descarregando e a corrente estará entrando pelo terminal negativo da tensão do capacitor. Portanto, quando o capacitor passa do estado de carga para o estado de descarga, a polaridade da tensão nos seus terminais se mantém constante mas o sentido da corrente é invertido. Se o capacitor for ligado a uma fonte CC, ele se comportará, em regime permanente (após carregado), como um circuito aberto para a fonte pois, em corrente contínua e, portanto I_md = 0. Por outro lado, se o capacitor for alimentado em corrente alternada ele permanecerá carregando e descarregando periodicamente, com uma rapidez que dependerá da frequência. Se a frequência for elevada (tendendo ao infinito), a velocidade de variação da tensão será elevada, fazendo com que as correntes de carga e de descarga do capacitor tenham grande intensidade. Neste caso, o capacitor se comporta praticamente como um curto-circuito (corrente intensa e tensão pequena) pois não dá tempo do capacitor se carregar. Disto se conclui que a oposição que o capacitor oferece à "passagem" de corrente alternada diminui à medida que aumentamos a frequência da fonte. A esta oposição dá-se o nome de reatância capacitiva (X_C = 1/ (2πfC)).

Aplicações

O tipo de sinal que encontramos no circuito determina o tipo de capacitor que deve ser utilizado. Não devemos utilizar capacitores construídos para funcionar em baixa frequência em circuitos onde estão presentes sinais de alta frequência pois o capacitor não cumprirá sua função e o circuito poderá funcionar de modo incorreto, ou mesmo não funcionar. Temos, basicamente, as seguintes aplicações para os capacitores comuns:

• Corrente contínua: Eletrolíticos, cerâmicos, poliéster, styroflex, mica.
• Sinais de áudio e baixas frequências (até 1 MHz): Cerâmicos, poliéster, styroflex, mica.
• Sinais de alta frequência (acima de 1 MHz): Cerâmicos, styroflex, mica.

Estudamos que a aplicação de uma tensão inversa a uma junção PN faz surgir uma região, chamada de região de depleção, que está isenta de portadores de cargas elétricas, ou seja, funciona como material isolante. Esta região foi representada sombreada na figura 9. De cada lado da região de depleção, temos regiões repletas de portadores de carga elétrica que atuam como material condutor. Temos, portanto, dois materiais condutores separados por um material isolante, ou seja, a junção PN se comporta como um capacitor. Variando-se a tensão inversa aplicada à junção PN estaremos variando a largura da região isolante, consequentemente, variando o afastamento das regiões condutoras (d), o que ocasionará uma variação da capacitância do diodo. Um aumento da tensão inversa aumenta a largura da camada isolante e diminui a capacitância.

Circuito Resistivo-Capacitivo Série

Funcionamento do Circuito:

No período de carga do capacitor:

Suponhamos que, no instante t = 0, a chave S, que estava na posição OFF, foi comutada para a posição 1 e o capacitor estava descarregado. Se o capacitor está descarregado, a quantidade de cargas elétricas armazenadas em suas placas é igual à zero e a diferença de potencial entre seus terminais é, consequentemente igual à zero volts, V_C = 0. Mas, se a diferença de potencial entre os terminais do capacitor é igual à zero, ele se comporta como um curto-circuito e toda a tensão da fonte está aplicada sobre o resistor (V_R = V_CC). Neste instante a corrente que circula pelo circuito é máxima e seu valor é dado por V_R / R.

À medida que o tempo passa cargas elétricas são armazenadas nas placas do capacitor, aumentando a diferença de potencial entre seus terminais e reduzindo, consequentemente, a diferença de potencial entre os terminais do resistor, pois a soma da tensão do capacitor com a tensão do resistor é igual à tensão da fonte, que é constante. Com isto, a corrente de carga do capacitor também vai diminuindo. A redução da corrente de carga do capacitor faz com que ele continue se carregando, mas de forma mais lenta, o que explica o aumento da inclinação da curva de carga do capacitor. O capacitor armazena energia no campo elétrico, que se estabelece entre suas placas, na forma de tensão.

No período de descarga do capacitor:

No instante em que a chave S for comutada para a posição 2, teremos o início da descarga do capacitor via resistor R sendo que a tensão do circuito neste instante pode ser igual ou inferior à tensão da fonte, dependendo do tempo em que a chave ficou na posição 1. Agora a corrente no capacitor e no resistor terão sentido contrário ao anterior pois o capacitor se comportará como fonte de energia, a polaridade da tensão no capacitor não se altera. À medida que o tempo passa, a quantidade de cargas elétricas armazenadas nas placas do capacitor e, consequentemente a tensão nos seus terminais, vai diminuindo. Diminuindo a tensão nas placas do capacitor teremos o decréscimo da tensão nos terminais do resistor e da corrente do circuito. A redução da corrente de descarga do capacitor faz com que ele continue se descarregando, mas de forma mais lenta, o que explica o aumento da inclinação da curva de descarga do capacitor. No instante de tempo t = 5RC, a tensão e a corrente do circuito cairão praticamente a zero. Neste instante o capacitor terá fornecido toda a energia que estava armazenada no seu campo elétrico para o resistor R o qual a terá dissipado na forma de efeito Joule.

Constante de Tempo do Circuito RC

Ao produto RC, dá-se o nome de "constante de tempo do circuito RC" e é representado pela letra grega τ (tau). Esta constante de tempo constitui uma medida da lentidão com que a tensão no capacitor responde a uma variação da tensão aplicada ao circuito. Define-se também constante de tempo como sendo o tempo necessário para que a tensão no capacitor, inicialmente descarregado, atinja 63,2 % do valor da tensão da fonte. Se entrarmos com o valor do resistor em ohms e do capacitor em faraday, obteremos o valor de τ em segundos.

Indutores

Definição

Os indutores são componentes construídos enrolando-se um fio condutor, em geral sobre uma forma de material isolante, que lhe dá suporte mecânico. Existem indutores construídos sem qualquer forma, por exemplo, quando o próprio fio é suficientemente rígido, ou quando são enrolados diretamente sobre um núcleo magnético.

Características Nominais dos Indutores

Indutância

Do ponto de vista físico, podemos definir indutância como sendo a capacidade que uma bobina possui de induzir tensão nela mesma pela variação da corrente que por ela circula. A indutância pode vir impressa diretamente no corpo do indutor ou representada indiretamente através de código de cores como nos resistores e capacitores.

Quando circula uma corrente I numa bobina com N espiras é criado um fluxo magnético Φ. A razão entre o fluxo magnético e a corrente que circula pela bobina define matematicamente a indutância.

Corrente Nominal

É a corrente máxima que pode atravessar o indutor, é função da bitola e das características do condutor utilizado. Quanto maior a bitola (seção transversal dada em mm²) maior a capacidade de corrente da bobina indutora.

Tolerância

É o desvio admissível para o valor nominal, e depende da tecnologia de fabricação e dos materiais empregados nos núcleos. A tolerância dos indutores em geral varia entre ±1% e ±20%.

Fator de Qualidade ou Fator de Mérito (Q)

Uma vez que os indutores são construídos com fio condutor, além de indutância ele apresenta também resistência elétrica, a qual é especificada para alimentação em corrente contínua e é da ordem de alguns poucos ohms até centenas de ohms.

OBS: Todo indutor apresenta também sua parcela de resistência e de capacitância, o que significa que não existe indutor puro, assim como também não existe capacitor e resistor puro.

Tipos de Indutores

Quanto ao Tipo de Núcleo:

Indutores com núcleo de ar (não magnéticos):

São componentes usados em frequências altas (rádio-frequências) ou em equipamento especial, em que se deseja evitar não-linearidades ou efeitos de temperatura associados com os núcleos magnéticos.

Indutores com núcleo ferromagnético:

São componentes utilizados quando se quer indutância elevada, em frequências não muito altas. Para frequências de áudio ou menores usam-se normalmente núcleos laminados de ferro-silício ou análogos; para frequências acima dessa faixa (acima de 10 KHz) recorre-se a núcleos de ferrite. O ferrite é um material feito de cerâmica com propriedades eletromagnéticas.

A forma do núcleo pode ser toroidal, de bastão ou em forma de EE.

Quanto à Variação da Indutância

Da mesma forma que os resistores e os capacitores, o indutor também pode ser encontrado em três tipos básicos: fixos, ajustáveis e variáveis. Os indutores variáveis são usados em casos especiais. Nos circuitos eletrônicos comuns os mais usados são os indutores fixos e os ajustáveis. Os indutores ajustáveis são projetados de tal forma que sua indutância pode ser alterada deslocando-se o material do núcleo para dentro ou para fora do centro. Se o núcleo se desloca para dentro da bobina a indutância aumenta e vice-versa.

Circuito Resistivo-Indutivo

No período de carga do indutor:

A relação entre a tensão no indutor e a corrente é dada pela equação V_L = L(di/dt). Se a tensão no indutor "e" é diferente de zero e é máxima, a velocidade de variação da corrente no indutor também é diferente de zero e é máxima e a corrente no circuito começa a aumentar com velocidade máxima. À medida que a corrente aumenta, aumenta também a queda de tensão no resistor, diminuindo a tensão sobre o indutor. A redução da tensão no indutor faz com que a corrente continue crescendo, mas com uma velocidade menor. A corrente chegará a um valor tal que a queda de tensão nos terminais do resistor será aproximadamente igual à tensão da fonte, e não sobrará nenhuma tensão para o indutor. Sendo a tensão no indutor igual a zero, também será zero a velocidade de variação da corrente no indutor, ou seja, a corrente não aumenta mais, fica constante em um valor igual a V_CC/R. Neste instante dizemos que o indutor está totalmente carregado, ele armazenou energia no seu campo magnético na forma de corrente elétrica (cargas elétricas em movimento), diferentemente do capacitor que armazena energia no campo elétrico, na forma de tensão elétrica (cargas elétricas em repouso).

No período de descarga do indutor:

A corrente do circuito no início da descarga do indutor pode ser igual ou inferior a V_CC/R, dependendo do tempo em que a chave ficou na posição 1. A redução da corrente no indutor induz nos seus terminais uma tensão que tenta se opor à redução da corrente (Lei de Lenz). Esta tensão tem polaridade contrária a que tínhamos antes quando o indutor estava se carregando, ou seja, o indutor agora está se descarregando (funcionando como fonte). À medida que o tempo passa a tensão no indutor vai diminuindo e diminui também, a velocidade do decréscimo da corrente do circuito, o que explica o aumento da inclinação da curva de descarga do indutor. No instante de tempo t = 5L/R, a tensão e a corrente do circuito cairão praticamente a zero. Neste instante o indutor terá fornecido toda a energia que estava armazenada no seu campo magnético para o resistor R o qual a terá dissipado na forma de efeito Joule.

Influência do Capacitor sobre a Tensão na Carga

Para uma mesma carga (RL), quanto maior for o valor da capacitância de filtro, mais contínua (menor fator de ripple) será a forma de onda na saída do filtro. Se mantivermos constante o valor do capacitor e variarmos o resistor de carga, quanto maior for o resistor de carga, mais contínua será a forma de onda da tensão na carga. Isto ocorre porque em qualquer um dos dois casos há um aumento da constante de tempo do circuito.

Corrente de Pico Transitória em Retificadores com Filtro Capacitivo

O pico de corrente produzido no momento da ligação da fonte é elevado, pois neste instante o capacitor acha-se descarregado e na saída do retificador temos praticamente um curto-circuito. A este pico de corrente dá-se o nome de corrente de pico transitória e é representada por I_FSM. No momento da ligação da fonte, praticamente a única oposição encontrada pela corrente de pico é a da resistência do secundário do transformador (R_s).

Tensão Reversa sobre o Diodo

No semi-ciclo negativo da tensão da rede, no instante em que a tensão atingir o valor máximo, o capacitor ainda poderá estar com um valor de tensão muito próximo de V_smáx (se o resistor de carga for muito grande) de modo que teremos, aplicada sobre o diodo, uma tensão reversa da ordem de 2 x V_smáx. Se a tensão reversa máxima que o diodo pode suportar for inferior a este valor ele pode ser danificado.

Retificador de Meia Onda com Saída Negativa e Filtro Capacitivo

Como o capacitor eletrolítico é polarizado, foi preciso inverter suas ligações. O funcionamento do circuito é semelhante ao anterior (com saída positiva). A diferença é que agora a condução do diodo se dá em uma fração do semiciclo negativo.

Funcionamento do Circuito

Semelhante ao retificador de meia onda, apenas que, agora, o capacitor se carrega e se descarrega uma vez a cada meio ciclo da tensão no secundário do transformador.

Filtro "LC"

Em um circuito real, nem a reatância indutiva será infinita e nem a reatância capacitiva será nula de modo que a tensão na carga poderá ter uma componente alternada. Porém, se o indutor e o capacitor tiverem valores elevados, a componente alternada da tensão na carga será tão pequena que poderá ser desprezada e o circuito funcionará como explicado anteriormente.

Diodo Zener

Estabilização de Tensão com Diodo Zener

A função do circuito regulador ou estabilizador de tensão, é compensar as variações de tensão existentes na entrada do circuito de modo a manter a tensão na sua saída constante, ou praticamente constante, ainda que a corrente de carga varie. Para que o diodo zener funcione como regulador de tensão, devemos polarizá-lo inversamente. Neste caso, a corrente no diodo zener circula do cátodo para o ânodo, ou seja é uma corrente reversa.

Exemplos de Fontes de Tensão Estabilizadas com Diodos Zener:

Fonte de tensão regulada com saída negativa que utiliza diodo zener, retificador de onda completa em ponte e filtro capacitivo. Observe, que, como a saída é negativa, o ponto A será negativo em relação à massa, portanto, o capacitor eletrolítico deverá estar com o terminal negativo conectado em A e o terminal positivo conectado à massa. Analisando-se qualquer ponto do circuito, a corrente dirige-se sempre da massa para este ponto. Para o diodo zener funcionar como regulador de tensão, deve ser polarizado em sentido inverso, ou seja, deve estar com o ânodo negativo em relação ao cátodo. Por este motivo devemos conectar o ânodo no ponto B e o cátodo à massa.

Reguladores Fixos de Tensão de Três Terminais em Circuito Integrado

Um grupo de reguladores de tensão positiva é a série 78XX, que produz tensões positivas fixas na sua saída entre 5 e 24 V.

A figura 5 mostra como estes reguladores de 3 terminais são conectados ao circuito. Um dos terminais, o GND, deve ser conectado à massa. Entre o terminal IN e a massa devemos aplicar uma tensão positiva retificada e filtrada, normalmente não regulada, enquanto que entre o terminal OUT e a massa obteremos uma tensão positiva regulada.

Para a seleção da tensão de saída regulada fixa desejada, devemos ter em mente que os dois dígitos após o prefixo 78 indicam a tensão de saída do regulador. Assim, o CI 7812, por exemplo, terá na saída OUT uma tensão positiva regulada de 12 volts em relação à massa.

Na série 79XX são disponíveis CIs reguladores de tensão negativa que constituem uma série de CIs semelhantes à série 78XX porém, operam com tensões negativas, fornecendo na saída OUT uma tensão regulada negativa em relação à massa. A maneira como estes CIs são ligados.

Cada circuito regulador tem um valor de tensão de entrada abaixo do qual ele não consegue mais manter a tensão de saída regulada (fixa). Portanto, para que o regulador de tensão funcione corretamente, o valor instantâneo da tensão aplicada à sua entrada deve ser superior à este valor de tensão. A tensão de entrada do regulador de tensão não poderá ultrapassar o valor máximo constante nesta tabela pois isto causará sua destruição.

Fonte Simétrica e Estabilizada de Tensão:

Funcionamento:

No semiciclo positivo da tensão no secundário do transformador os diodos D1 e D3 estarão polarizados diretamente, comportando-se como chaves fechadas e, D2 e D4 estarão polarizados inversamente. Com a condução de D1, teremos entre o terminal de entrada do 7815 e o comum, aproximadamente a tensão da metade superior do transformador devidamente filtrada por C1. Portanto, a tensão no terminal de entrada do 7815 será positiva em relação ao comum de modo que no terminal de saída teremos uma tensão de 15 V positiva em relação ao comum da fonte (terminal central do transformador). Ao mesmo tempo, com a condução do diodo D3, teremos entre o terminal de entrada do 7915 e o comum, aproximadamente a tensão da metade inferior do secundário do transformador devidamente filtrada por C2. Portanto, a tensão no terminal de entrada do 7915 será negativa em relação ao comum de modo que no terminal de saída do 7915, teremos uma tensão de 15 V negativa em relação ao comum da fonte (terminal central do transformador).

Uma análise semelhante pode ser feita para o semiciclo negativo da tensão do secundário do transformador, sendo que agora D2 e D4 estão polarizados diretamente e D1 e D3 estão polarizados inversamente.

Aplicação: Alimentação de alguns circuitos integrados tais como amplificadores operacionais, conversores analógico-digital, etc.