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Fontes de alimentação lineares

No mundo dos eletrônicos, as fontes de alimentação são os dispositivos que garantem que tudo funcione de maneira suave e correta.Entre os diferentes tipos disponíveis, as fontes de alimentação lineares são conhecidas por fornecer um fluxo constante e confiável de eletricidade com muito pouco ruído.Este artigo explicará como as fontes de alimentação lineares funcionam, de quais peças são feitas e onde são mais úteis.Também os compararemos com outros tipos de fontes de alimentação, ajudando você a entender por que elas ainda são escolhidas para determinadas situações, mesmo que estejam disponíveis opções mais novas e com eficiência energética.

Catálogo

Figura 1: Fonte de alimentação linear

O que é uma fonte de alimentação linear?

Uma fonte de alimentação linear é um tipo de dispositivo de energia que fornece uma saída de tensão constante e consistente, ajustando continuamente a resistência.Este método evita o uso de comutação rápida, tornando -o mais simples e ideal para fornecer energia limpa e confiável a vários dispositivos eletrônicos.

O processo começa com um sistema de feedback que verifica constantemente a tensão de saída.Esta tensão é comparada a uma tensão de referência definida usando um amplificador diferencial, um circuito que ajuda a garantir a precisão.Se a tensão de saída for diferente da referência, o amplificador gerará um sinal para corrigir a diferença.Esse sinal controla uma parte chamada elemento de passagem, que pode ser um transistor ou um transistor de efeito de campo (FET).O elemento de passagem funciona como um resistor variável, ajustando sua resistência para manter a tensão no nível certo.

Por exemplo, se a tensão de entrada aumentar, o elemento de passagem aumenta sua resistência para impedir que a tensão de saída aumente.Por outro lado, se a tensão de entrada diminuir, o elemento de passagem reduz sua resistência para permitir mais corrente, garantindo que a tensão de saída permaneça estável.

Esse ajuste contínuo garante que a fonte de alimentação forneça uma tensão consistente, mesmo quando a tensão de entrada ou a carga muda.A simplicidade da fonte de alimentação linear a torna confiável e produz muito pouco ruído elétrico, o que é útil para dispositivos que precisam de energia estável.No entanto, esse tipo de fonte de alimentação é geralmente menos eficiente porque a energia extra é liberada como calor, o que significa que pode precisar de sistemas de refrigeração maiores e usar mais energia.

Componentes de uma fonte de alimentação linear

Figura 2: Componentes de uma fonte de alimentação linear

Transformador de entrada da fonte de alimentação

Em uma fonte de alimentação linear, o transformador é o primeiro componente que interage com a energia CA da rede elétrica.Seu principal trabalho é Altere a tensão a um nível adequado para o dispositivo, abaixando -o (que é mais comum) ou aumentando -o, dependendo das necessidades do dispositivo.O transformador também fornece proteção separando a fonte de alimentação da rede elétrica, reduzindo o risco de riscos elétricos.Em aplicações de energia mais alta, o transformador pode ser bastante grande, o que aumenta o tamanho e o peso gerais da fonte de alimentação.Dependendo de como a fonte de alimentação é projetada, o transformador pode ter um ou mais enrolamentos secundários para produzir tensões de saída diferentes.

Retificador

Depois que o transformador ajusta a tensão, a energia CA precisa ser convertida em energia CC, que é feita pelo retificador.O retificador é uma parte crucial da fonte de alimentação e vem em diferentes configurações. Retificação de meia onda usa um único diodo para converter apenas metade do ciclo CA em CC, tornando -o menos eficiente e produzindo mais flutuações na saída, que são mais difíceis de suavizar. Retificação de onda completa é mais eficiente e usa as duas metades do ciclo AC.Isso pode ser feito com um transformador com tampa central e dois diodos ou com uma configuração de retificador de ponte que usa quatro diodos.O retificador da ponte é mais comumente usado em designs modernos porque é mais eficiente.Retificadores modernos geralmente usam Diodos semicondutores como diodos de junção PN ou diodos schottky.Os diodos schottky são frequentemente escolhidos porque perdem menos tensão quando a corrente passa por eles, o que os torna mais eficientes, embora possam permitir que alguma corrente vaze e tenha um limiar de tensão mais baixo antes de se quebrar.

Capacitor de suavização

Depois que o retificador converte o CA em CC, a saída não é perfeitamente lisa e contém flutuações na tensão que não são desejáveis ​​para a maioria dos circuitos eletrônicos.O capacitor de suavização ajuda a mesmo fora dessas flutuações carregando durante os pontos altos da forma de onda retificada e liberando carga quando a forma de onda cair.Isso ajuda Mantenha a tensão CC mais estável.Embora o capacitor reduz bastante as flutuações, ele não as remove completamente.A capacidade do capacitor de reduzir essas flutuações depende do seu tamanho e da quantidade de corrente que a carga exige.

Regulador de tensão

O regulador de tensão é o principal componente de uma fonte de alimentação linear, garantindo que a tensão de saída permaneça estável, mesmo que a tensão de entrada ou a carga mude.Existem dois tipos principais de reguladores lineares: Regulador de derivação e regulador da série.

O regulador de derivação é menos comum e funciona colocando um componente variável na carga, que absorve corrente extra para manter a tensão de saída estável.Esse tipo de regulador é usado quando o controle preciso da tensão é necessário, mesmo que não seja muito eficiente.Devido à sua menor eficiência, normalmente é usado apenas em situações específicas.

O regulador da série é o tipo mais amplamente usado de regulador linear.Nesta configuração, uma resistência variável é colocada em série com a carga e o circuito de controle ajusta a resistência para manter a tensão de saída desejada.A simplicidade e eficácia do regulador da série o tornam uma escolha popular para muitos designs lineares da fonte de alimentação.Ele fornece um bom controle de tensão com um design relativamente simples, tornando -o adequado para uma ampla gama de usos.

Vantagens e desvantagens de fontes de alimentação lineares

Vantagens

As fontes de alimentação lineares têm vários benefícios, especialmente em situações em que a estabilidade e a operação silenciosa são necessárias.Um dos principais benefícios é que eles criam Muito pouco barulho.Diferentemente das fontes de alimentação de comutação que ligam e desligam a corrente rapidamente, as fontes de alimentação lineares mantêm a corrente fluindo constantemente.Essa falta de comutação rápida significa que eles não criam muita interferência eletromagnética, tornando -os uma boa opção para dispositivos eletrônicos delicados, como sistemas de áudio, equipamentos médicos e instrumentos que precisam de medições precisas.

Outro benefício é o deles desempenho confiável.As fontes de alimentação lineares existem há muito tempo e sua tecnologia é bem conhecida e confiável.Como eles são usados ​​há tantos anos, seu desempenho é consistente e bem compreendido.Engenheiros e designers podem contar com esses suprimentos para trabalhar de forma consistente, o que é muito útil em situações em que a confiabilidade é uma obrigação.

Desvantagens

No entanto, as fontes de alimentação lineares têm algumas desvantagens, principalmente quando se trata de quão bem elas usam energia e seu tamanho.Uma das maiores desvantagens é a sua baixa eficiência.Esses suprimentos geralmente usam apenas cerca de 50% da energia de entrada efetivamente, com a outra metade sendo desperdiçada, geralmente como calor.Essa baixa eficiência ocorre porque a oferta controla a tensão ao se livrar da energia extra, o que desperdiça muita energia.

Esta energia desperdiçada leva a outro problema: geração de calor .A energia que não é usada cria calor, que precisa ser gerenciada para impedir que a fonte de alimentação e os dispositivos conectados sejam danificados.Isso geralmente significa adicionar peças extras, como dissipadores de calor ou ventiladores de resfriamento, o que pode tornar o design mais complicado e aumentar os custos.

Por fim, as fontes de alimentação linear são maior e mais pesado do que trocar de alimentação.Eles precisam de grandes transformadores para reduzir a tensão e as peças adicionais para gerenciar o calor, tornando essas fontes de alimentação volumosas.Isso pode ser uma grande desvantagem em situações em que o espaço e o peso são importantes, como em dispositivos portáteis ou compactos.

Aplicações de fontes de alimentação linear

Figura 3: Aplicações de fontes de alimentação lineares

As fontes de alimentação lineares, embora não tão eficientes em termos de energia quanto as contrapartes de comutação, são frequentemente escolhidas para situações específicas em que é necessária uma saída de energia constante e sem ruído.Essas fontes de alimentação são particularmente úteis em ambientes onde é necessária energia estável e limpa sem as interrupções que podem vir com a comutação de fontes de alimentação.

Em equipamentos audiovisuais, as fontes de alimentação linear são muito úteis para amplificadores de áudio de alta qualidade e dispositivos de áudio sensíveis.Eles fornecem uma saída de tensão suave e constante, o que é importante para manter a qualidade do som intacta.Às vezes, as fontes de alimentação de comutação podem introduzir ruídos e picos que podem interferir nos sinais de áudio, levando a distorção sólida ou interferência indesejada.Por esse motivo, as fontes de alimentação lineares são preferidas em sistemas de áudio sofisticados, onde é importante manter a qualidade do som pura e clara.

Em equipamentos de laboratório, ter energia consistente e precisa é muito importante.Dispositivos como fontes de alimentação de laboratório, que são usados ​​para fornecer saídas constantes e precisas de tensão, geralmente dependem da regulação linear.A estabilidade oferecida pelas fontes de alimentação linear garante que a tensão permaneça consistente, o que é muito importante em ambientes experimentais e de teste, onde até pequenas mudanças podem levar a resultados incorretos.Essas fontes de alimentação são projetadas para fornecer energia limpa e sem ruído, necessária para medições e experimentos sensíveis que requerem um alto nível de precisão.

As fontes de alimentação linear são projetadas para fornecer tensão consistente com ruído mínimo, tornando -os perfeitos para situações em que a qualidade do poder afeta diretamente o desempenho de um dispositivo.Embora possam não ser tão eficientes em termos de energia quanto a comutação de fontes de alimentação, sua capacidade de fornecer energia estável e limpa os torna especialmente úteis em aplicações específicas e sensíveis ao ruído.Seu uso em equipamentos audiovisuais e de laboratório mostra como a qualidade da energia desempenha um papel fundamental na manutenção do desempenho e precisão nessas configurações.

Comparação com outros tipos de fonte de alimentação

As fonte de alimentação linear são usadas para alterar a energia elétrica de uma forma para outra, geralmente transformando a corrente alternada (AC) em corrente direta (DC).Existem vários tipos de fontes de alimentação, cada um com suas próprias características:

Figura 4: Fontes de alimentação lineares não regulamentadas

As fontes de alimentação linear não regulamentadas são o tipo mais básico.Eles convertem CA em CC, mas não têm nenhum recurso extra para manter a tensão estável.Isso significa que a tensão de saída pode alterar se a tensão de entrada for alterada ou se a quantidade de energia que está sendo usada (a carga) mudar.Se a tensão de entrada subir, a tensão de saída também aumentará e, se a carga aumentar, a tensão de saída poderá cair.Por esse motivo, essas fontes de alimentação não são ideais para dispositivos que precisam de uma tensão estável para funcionar corretamente.

Figura 5: Fonte de alimentação ferresanoante

As fontes de alimentação de ferresonantes usam uma técnica especial envolvendo campos magnéticos para manter a tensão de saída estável.Eles fazem isso com uma combinação de um transformador e um circuito ressonante.As propriedades magnéticas do transformador ajudam a manter uma tensão constante de saída, mesmo que a tensão de entrada ou a carga altere.Essas fontes de alimentação também têm proteção integrada contra picos de energia repentinos, o que os torna confiáveis ​​em locais onde a fonte de alimentação não é estável.No entanto, eles geralmente são grandes e pesados, o que pode ser uma desvantagem em situações onde o tamanho e o peso são importantes.

Figura 6: Fonte de alimentação do modo de comutador (SMPS)

As fontes de alimentação do modo de comutador (SMPs) são projetadas para serem mais eficientes do que as fontes de alimentação lineares.Eles trabalham ligando rapidamente a energia de entrada usando interruptores eletrônicos como transistores.Esse método lhes permite converter energia com mais eficiência, o que significa que eles produzem menos calor e podem ser menores e mais leves.No entanto, devido à comutação de alta velocidade, os SMPs podem criar ruído elétrico, o que pode interferir em outros dispositivos eletrônicos nas proximidades.Os SMPs também são mais complicados no design e podem ser mais difíceis de corrigir se algo der errado.

Conclusão

As fontes de alimentação lineares ainda são uma escolha preferida em situações em que é muito necessária uma fonte de alimentação constante e sem ruído.Seu design simples e desempenho confiável tornam -os favoritos em áreas como equipamentos de áudio e testes de laboratório.No entanto, eles têm trade-offs em termos de eficiência e tamanho energético, por isso é importante pensar no que você está usando.Quando comparamos as fontes de alimentação lineares com outros tipos, fica claro que, embora nem sempre sejam a opção de economia de energia, sua capacidade de fornecer energia limpa e consistente significa que eles ainda são úteis no mundo da tecnologia de hoje.Ao entender essas diferenças, você pode tomar melhores decisões ao escolher a fonte de alimentação certa para suas necessidades específicas.

Perguntas frequentes [FAQ]

1. Onde são usadas as fontes de alimentação lineares?

As fontes de alimentação linear são comumente usadas em ambientes onde é muito necessária energia estável e de baixo ruído.Isso inclui equipamentos de áudio de alta qualidade, dispositivos médicos, instrumentos de laboratório e ferramentas de medição de precisão, onde mesmo o pequeno ruído elétrico pode interferir na operação ou precisão do equipamento.

2. Qual é a eficiência da fonte de alimentação linear?

A eficiência de uma fonte de alimentação linear é geralmente baixa, geralmente em torno de 50% ou menos.Isso ocorre porque a fonte de alimentação regula a tensão dissipando o excesso de energia como calor, o que resulta em perda significativa de energia.

3. Quais são as vantagens e desvantagens de uma fonte de alimentação linear?

A principal vantagem de uma fonte de alimentação linear é sua capacidade de fornecer potência limpa, estável e de baixo ruído, ideal para eletrônicos sensíveis.As desvantagens incluem baixa eficiência, tamanho grande devido à necessidade de dissipação de calor e a energia extra desperdiçada como calor.

4. Quais são as desvantagens do regulador de tensão linear?

As desvantagens de um regulador de tensão linear incluem baixa eficiência, pois desperdiça muita energia como calor e sua incapacidade de aumentar a tensão, o que significa que só pode reduzir a tensão do nível de entrada.Além disso, eles podem exigir grandes dissipadores de calor ou sistemas de resfriamento para gerenciar o calor produzido, tornando -os volumosos.

5. Qual é o tipo de fonte de alimentação mais eficiente?

O tipo de fonte de alimentação mais eficiente é a fonte de alimentação do modo de comutador (SMPS).Ele usa comutação de alta frequência para converter energia com perda mínima de energia, resultando em eficiência muito maior em comparação com as fontes de alimentação lineares.