Dispositivos baseados em microcontroladores requerem uma tensão constante estabilizada de 3,3 - 5 Volts para sua operação. Via de regra, tal tensão é obtida a partir da tensão alternada da rede por meio de uma fonte de alimentação de transformador e no caso mais simples representa o seguinte circuito.

Transformador abaixador, ponte de diodos, capacitor de suavização e estabilizador linear/de pulso. Além disso, tal fonte pode conter um fusível, circuitos de filtragem, um circuito de partida suave, um circuito de proteção contra sobrecarga, etc.
Esta fonte fonte de alimentação (com seleção adequada de componentes) permite receber altas correntes e possui isolamento galvânico da rede AC, o que é importante para trabalho seguro com o dispositivo. Porém, tal fonte pode ter grandes dimensões devido ao transformador e aos capacitores de filtro.
Em alguns dispositivos microcontroladores, o isolamento galvânico da rede não é necessário. Por exemplo, se o dispositivo for uma unidade selada com a qual o usuário final não tem contato. Neste caso, se o circuito consumir uma corrente relativamente baixa (dezenas de miliamperes), ele poderá ser alimentado por uma rede de 220 V utilizando uma fonte de alimentação sem transformador.
Neste artigo veremos o princípio de funcionamento de tal fonte de alimentação, a sequência de seu cálculo e um exemplo prático de uso.

Princípio de funcionamento de uma fonte de alimentação sem transformador

O resistor R1 descarrega o capacitor C1 quando o circuito é desconectado. Isso é necessário para que a fonte de alimentação não dê choque ao tocar nos contatos de entrada.
Quando a fonte de alimentação está conectada à rede, o capacitor C1 descarregado é, grosso modo, um condutor e uma enorme corrente flui brevemente através do diodo zener VD1, o que pode danificá-lo. O resistor R2 limita o pico de corrente quando o dispositivo é ligado.

“Corrente de partida” no momento inicial de ligação do circuito. A tensão da rede é desenhada em azul, a corrente consumida pela fonte de alimentação está em vermelho. Para maior clareza, o gráfico atual foi ampliado várias vezes.

Se você conectar o circuito à rede no momento em que a tensão cruza zero, não haverá corrente de partida. Mas quais são as chances de você ter sucesso?
Qualquer capacitor resiste ao fluxo de corrente alternada. (Para corrente CC, um capacitor é um circuito aberto.) O valor desta resistência depende da frequência da tensão de entrada e da capacitância do capacitor e pode ser calculado usando a fórmula. O capacitor C1 atua como uma resistência de lastro, na qual cairá a maior parte da tensão de entrada da rede.

Você pode ter uma pergunta razoável: por que não pode colocar um resistor normal em vez de C1? É possível, mas a energia será dissipada nele e, como resultado, ele aquecerá. Isso não acontece com um capacitor - a potência ativa liberada nele durante um período da tensão da rede é zero. Abordaremos esse ponto nos cálculos.

Portanto, o capacitor C1 diminuirá parte da tensão de entrada. (A queda de tensão no resistor R2 pode ser ignorada, pois possui uma resistência pequena.) A tensão restante será aplicada ao diodo zener VD1.
Durante o semiciclo positivo, a tensão de entrada será limitada pelo diodo zener ao nível de sua tensão nominal de estabilização. Durante o semiciclo negativo, a tensão de entrada será aplicada ao diodo zener na direção direta e a tensão no diodo zener será de aproximadamente menos 0,7 Volts.

Naturalmente, essa tensão pulsante não é adequada para alimentar um microcontrolador, portanto, após o diodo zener, há um circuito de diodo semicondutor VD2 e um capacitor eletrolítico C2. Quando a tensão no diodo zener é positiva, a corrente flui através do diodo VD2. Neste momento o capacitor C2 está carregado e a carga é energizada. Quando a tensão no diodo zener cai, o diodo VD2 desliga e o capacitor C2 libera a energia armazenada para a carga.
A tensão no capacitor C2 irá flutuar (pulso). Durante o meio ciclo positivo da tensão da rede, ela aumentará para o valor Ust menos a tensão em VD2, e durante o meio ciclo negativo, cairá devido à descarga na carga. A amplitude das flutuações de tensão em C2 dependerá de sua capacitância e da corrente consumida pela carga. Quanto maior a capacitância do capacitor C2 e menor a corrente de carga, menores serão essas ondulações.
Se a corrente de carga e a ondulação forem pequenas, depois do capacitor C2 já é possível colocar uma carga, mas para dispositivos em microcontroladores ainda é melhor usar um circuito com estabilizador. Se calcularmos corretamente as classificações de todos os componentes, obteremos uma tensão constante na saída do estabilizador.
O circuito pode ser melhorado adicionando uma ponte de diodos a ele. Então a fonte de alimentação usará os dois semiciclos da tensão de entrada - tanto positiva quanto negativa. Isto nos permitirá obter melhores parâmetros de ondulação com uma menor capacitância do capacitor C2. O diodo entre o diodo zener e o capacitor pode ser excluído deste circuito.

Continua...

Recentemente, encontrei um circuito na Internet para uma fonte de alimentação muito simples com a capacidade de ajustar a tensão. A tensão pode ser ajustada de 1 Volt a 36 Volts, dependendo da tensão de saída no enrolamento secundário do transformador.

Dê uma olhada no LM317T no próprio circuito! A terceira perna (3) do microcircuito está conectada ao capacitor C1, ou seja, a terceira perna é ENTRADA, e a segunda perna (2) está conectada ao capacitor C2 e um resistor de 200 Ohm e é uma SAÍDA.

Usando um transformador, a partir de uma tensão de rede de 220 Volts obtemos 25 Volts, não mais. Menos é possível, nada mais. Em seguida, endireitamos tudo com uma ponte de diodos e suavizamos as ondulações usando o capacitor C1. Tudo isso é descrito em detalhes no artigo sobre como obter tensão constante a partir de tensão alternada. E aqui está o nosso trunfo mais importante na fonte de alimentação - este é um chip regulador de tensão altamente estável LM317T. No momento em que este artigo foi escrito, o preço deste chip estava em torno de 14 rublos. Ainda mais barato que um pão branco.

Descrição do chip

LM317T é um regulador de tensão. Se o transformador produzir até 27-28 volts no enrolamento secundário, podemos facilmente regular a tensão de 1,2 a 37 volts, mas eu não aumentaria a barra para mais de 25 volts na saída do transformador.

O microcircuito pode ser executado no pacote TO-220:

ou em caixa D2 Pack

Ele pode passar uma corrente máxima de 1,5 Amps, o que é suficiente para alimentar seus aparelhos eletrônicos sem queda de tensão. Ou seja, podemos produzir uma tensão de 36 Volts com uma carga de corrente de até 1,5 Amps e, ao mesmo tempo, nosso microcircuito ainda produzirá 36 Volts - isso, claro, é o ideal. Na realidade, as frações de volts cairão, o que não é muito crítico. Com uma grande corrente na carga, é mais aconselhável instalar este microcircuito em um radiador.

Para montar o circuito, também precisamos resistor variável a 6,8 Kilohms, ou mesmo 10 Kilohms, bem como um resistor constante a 200 Ohms, preferencialmente de 1 Watt. Bem, colocamos um capacitor de 100 µF na saída. Esquema absolutamente simples!

Montagem em hardware

Anteriormente, eu tinha uma fonte de alimentação com transistores muito ruim. Eu pensei, por que não refazê-lo? Aqui está o resultado ;-)

Aqui vemos a ponte de diodo GBU606 importada. Ele é projetado para uma corrente de até 6 Amperes, o que é mais que suficiente para nossa fonte de alimentação, pois fornecerá no máximo 1,5 Amperes à carga. Instalei o LM no radiador usando pasta KPT-8 para melhorar a transferência de calor. Bem, acho que todo o resto é familiar para você.

E aqui está um transformador antediluviano que me dá uma tensão de 12 volts no enrolamento secundário.

Embalamos cuidadosamente tudo isso na caixa e removemos os fios.

Gosta disto? ;-)

A tensão mínima que obtive foi de 1,25 Volts e a máxima foi de 15 Volts.

coloquei qualquer voltagem nesse caso os mais comuns são 12 Volts e 5 Volts

Tudo funciona muito bem!

Esta fonte de alimentação é muito conveniente para ajustar a velocidade de uma mini furadeira, que é usada para perfurar placas de circuito.

Análogos no Aliexpress

A propósito, no Ali você pode encontrar imediatamente um conjunto pronto deste bloco sem transformador.

Com preguiça de colecionar? Você pode comprar um 5 Amp pronto por menos de US$ 2:

Você pode visualizá-lo em esse link.

Se 5 Amperes não forem suficientes, você pode considerar 8 Amperes. Será suficiente até para o engenheiro eletrônico mais experiente:

É mais lucrativo e fácil alimentar equipamentos elétricos e de rádio de baixa tensão a partir da rede elétrica. As fontes de alimentação transformadoras são mais adequadas para isso, pois são seguras de usar. No entanto, o interesse em fontes de alimentação sem transformador (BTBP) com tensão de saída estabilizada não diminui. Um dos motivos é a complexidade de fabricação do transformador. Mas para o BTBP isso não é necessário - apenas o cálculo correto é necessário, mas é exatamente isso que assusta eletricistas novatos inexperientes. Este artigo irá ajudá-lo a fazer cálculos e facilitar o projeto de uma fonte de alimentação sem transformador.

Um diagrama simplificado do BPTP é mostrado na Fig. 1. A ponte de diodos VD1 é conectada à rede através de um capacitor de extinção C gás, conectado em série com uma das diagonais da ponte. A outra diagonal da ponte funciona para a carga do bloco - resistor R n. Um capacitor de filtro Cf e um diodo zener VD2 são conectados em paralelo à carga.

O cálculo da fonte de alimentação começa com o ajuste da tensão U n na carga e da intensidade da corrente I n. consumido pela carga. Quanto maior a capacitância do capacitor C, maiores serão as capacidades energéticas do BPTP.

Cálculo de capacitância

A tabela mostra os dados da capacitância X c do capacitor C extinto na frequência de 50 Hz e o valor médio da corrente I cf passada pelo capacitor C extintor, calculado para o caso em que R n = 0, ou seja, com um curto-circuito da carga. (Afinal, o BTBP não é sensível a este modo de operação anormal, e esta é outra grande vantagem sobre as fontes de alimentação de transformadores.)

Outros valores de capacitância X s (em quilo-ohms) e o valor médio da corrente I sr (em miliamperes) podem ser calculados usando as fórmulas:

C extintor é a capacitância do capacitor de extinção em microfarads.

Se excluirmos o diodo zener VD2, então a tensão U n na carga e a corrente In através dele dependerão da carga R n. É fácil calcular esses parâmetros usando as fórmulas:

U n - em volts, R n e X n - em quilo-ohms, I n - em miliamperes, C gás - em microfarads. (As fórmulas abaixo usam as mesmas unidades de medida.)

À medida que a resistência da carga diminui, a tensão nela também diminui, e de acordo com uma dependência não linear. Mas a corrente que passa pela carga aumenta, embora muito ligeiramente. Assim, por exemplo, uma diminuição em R n de 1 para 0,1 kOhm (exatamente 10 vezes) leva ao fato de que U n diminui 9,53 vezes e a corrente através da carga aumenta apenas 1,05 vezes. Esta estabilização de corrente “automática” distingue o BTBP das fontes de alimentação de transformadores.

Potência Рн na carga, calculada pela fórmula:

com uma diminuição em Rn, diminui quase tão intensamente quanto Un. Para o mesmo exemplo, a potência consumida pela carga é reduzida em 9,1 vezes.

Como a corrente I n da carga em valores relativamente pequenos de resistência R n e tensão U n muda extremamente pouco, na prática é bastante aceitável usar fórmulas aproximadas:

Ao restaurar o diodo zener VD2, obtemos a estabilização da tensão U n no nível de U st - valor praticamente constante para cada diodo zener específico. E com uma carga pequena (alta resistência R n), a igualdade U n = U st.

Cálculo da resistência de carga

Até que ponto R n pode ser reduzido de modo que a igualdade U n = U st seja válida? Enquanto a desigualdade for válida:

Conseqüentemente, se a resistência da carga for menor que o Rn calculado, a tensão na carga não será mais igual à tensão de estabilização, mas será um pouco menor, pois a corrente através do diodo zener VD2 irá parar.

Cálculo da corrente permitida através de um diodo zener

Agora vamos determinar qual corrente I n fluirá através da carga R n e qual corrente fluirá através do diodo zener VD2. É claro que

À medida que a resistência da carga diminui, a potência consumida por ela P n =I n U n =U 2 st /R n aumenta. Mas a potência média consumida pelo BPTP é igual a

permanece inalterado. Isso se explica pelo fato de que a corrente I cf se ramifica em duas - In e I st - e, dependendo da resistência da carga, é redistribuída entre R n e o diodo zener VD2, e de forma que quanto menor for a resistência da carga R n , menos corrente flui através do diodo Zener e vice-versa. Isso significa que se a carga for pequena (ou totalmente ausente), o diodo zener VD2 estará nas condições mais difíceis. Por isso não é recomendado retirar a carga do BPTP, caso contrário toda a corrente passará pelo diodo zener, o que pode levar à sua falha.

O valor da amplitude da tensão da rede é 220·√2=311(V). O valor do pulso da corrente no circuito, se negligenciarmos o capacitor C f, pode atingir

Consequentemente, o diodo zener VD2 deve suportar de forma confiável esta corrente de impulso em caso de desconexão acidental da carga. Não devemos esquecer possíveis sobrecargas de tensão em rede de iluminação, constituindo 20...25% do valor nominal, e calcule a corrente que passa pelo diodo zener quando a carga está desligada, levando em consideração um fator de correção de 1,2...1,25.

Se não houver um diodo zener poderoso

Quando não há diodo zener de potência adequada, ele pode ser totalmente substituído por um análogo diodo-transistor. Mas então o BTBP deve ser construído de acordo com o esquema mostrado na Fig. 2. Aqui, a corrente que flui através do diodo zener VD2 diminui proporcionalmente ao coeficiente de transferência de corrente de base estática poderoso n-p-n transistor VT1. A tensão do analógico UCT será aproximadamente 0,7 V maior que Ust do diodo zener de menor potência VD2 se o transistor VT1 for de silício, ou 0,3 V se for de germânio.

Um transistor também é aplicável aqui. estruturas pnp. No entanto, então o circuito mostrado na Fig. 3.

Cálculo de bloco de meia onda

Junto com um retificador de onda completa, o retificador de meia onda mais simples às vezes é usado no BTBP (Fig. 4). Neste caso, sua carga Rn é alimentada apenas por meio ciclos positivos de corrente alternada, e os negativos passam pelo diodo VD3, desviando da carga. Portanto, a corrente média I cf através do diodo VD1 será a metade. Isso significa que no cálculo do bloco, ao invés de X c, deve-se tomar 2 vezes a resistência igual a

e a corrente média com carga em curto-circuito será igual a 9,9·πС extintor = 31,1 С extintor. O cálculo adicional desta versão do BPTP é realizado de forma completamente semelhante aos casos anteriores.

Cálculo da tensão no capacitor de extinção

É geralmente aceito que com uma tensão de rede de 220 V, a tensão nominal do capacitor de extinção C deve ser de no mínimo 400 V, ou seja, com margem de aproximadamente 30 por cento em relação à amplitude da tensão da rede, já que 1,3 311 = 404 (V) . Porém, em alguns dos casos mais críticos, sua tensão nominal deverá ser de 500 ou até 600V.

E mais uma coisa. Ao selecionar um capacitor C adequado, deve-se levar em consideração que é impossível utilizar capacitores dos tipos MBM, MBPO, MBGP, MBGTs-1, MBGTs-2 no BTBP, uma vez que não são projetados para operar em circuitos de corrente alternada com um valor de tensão de amplitude superior a 150V.

Os capacitores MBGCh-1, MBGCh-2 com tensão nominal de 500V funcionam de forma mais confiável em BTBP (do antigo máquinas de lavar, lâmpadas fluorescentes etc.) ou KBG-MN, KBG-MP, mas para uma tensão nominal de 1000V.

Capacitor de filtro

A capacitância do capacitor de filtro C f é difícil de calcular analiticamente. Portanto, é selecionado experimentalmente. Aproximadamente, deve-se supor que para cada miliampere de corrente média consumida, é necessário consumir pelo menos 3...10 μF desta capacitância se o retificador BTBP for de onda completa, ou 10...30 μF se for meia onda.

A tensão nominal do capacitor de óxido utilizado C f deve ser no mínimo U st. E se não houver diodo zener no BTBP e a carga estiver constantemente ligada, a tensão nominal do capacitor do filtro deve ultrapassar o valor:

Se a carga não puder ser ligada constantemente e não houver diodo zener, a tensão nominal do capacitor do filtro deverá ser superior a 450V, o que dificilmente é aceitável devido a tamanhos grandes capacitor Cf. Aliás, neste caso a carga deverá ser reconectada somente após desconectar o BTBP da rede.

E isso não é tudo

Qualquer um opções possíveisÉ aconselhável complementar o BTBP com mais dois resistores auxiliares. Um deles, cuja resistência pode estar na faixa de 300 kOhm...1 MOhm, é conectado em paralelo com o extintor do capacitor C. Este resistor é necessário para acelerar a descarga do capacitor C após desconectar o dispositivo da rede. O outro - reator - com resistência de 10...51 Ohms é conectado ao rompimento de um dos fios da rede, por exemplo, em série com o extintor do capacitor C. Este resistor limitará a corrente através dos diodos da ponte VD1 quando o BTBP estiver conectado à rede. A potência de dissipação de ambos os resistores deve ser de pelo menos 0,5 W, o que é necessário para garantir contra possíveis quebras superficiais desses resistores por alta tensão. Devido ao resistor de lastro, o diodo zener será carregado um pouco menos, mas a potência média consumida pelo BTBP aumentará visivelmente.

Quais diodos levar

A função do retificador de onda completa BTBP de acordo com os circuitos da Fig. 1...3 podem ser feitos por conjuntos de diodos das séries KTs405 ou KTs402 com índices de letras Ж ou И, se a corrente média não exceder 600 mA, ou com índices A, B, se o valor da corrente atingir 1 A. Quatro diodos separados conectados de acordo com o circuito de ponte, por exemplo, série KD105 com índices B, V ou G, D226 B ou V - até 300 mA, KD209 A, B ou V - até 500...700 mA, KD226 V, G ou D - até 1,7 A.

Diodos VD1 e VD3 no BTBP conforme diagrama da Fig. 4 pode ser qualquer um dos itens acima. Também é permitido usar dois conjuntos de diodos KD205K V, G ou D para corrente de até 300 mA ou KD205 A, V, Zh ou I - até 500 mA.

E uma última coisa. A fonte de alimentação sem transformador, bem como os equipamentos a ela conectados, são conectados diretamente à rede AC! Portanto, eles devem ser isolados de forma confiável do exterior, digamos, colocados em uma caixa de plástico. Além disso, é estritamente proibido “aterrar” qualquer um de seus terminais, bem como abrir a caixa quando o dispositivo estiver ligado.

A metodologia proposta para cálculo do BPTP foi testada na prática pelo autor há vários anos. Todo o cálculo baseia-se no facto de o BPTP ser essencialmente estabilizador paramétrico tensão, na qual o papel de limitador de corrente é desempenhado por um capacitor de extinção.

Revista "SAM" nº 5, 1998

As fontes de alimentação sem transformador com capacitor de extinção são convenientes em sua simplicidade, possuem pequenas dimensões e peso, mas nem sempre são aplicáveis ​​​​devido à conexão galvânica do circuito de saída com uma rede de 220 V.

Em uma fonte de alimentação sem transformador para a rede Tensão CA Um capacitor e uma carga estão conectados em série. Um capacitor apolar conectado a um circuito CA se comporta como uma resistência, mas, diferentemente de um resistor, não dissipa a potência absorvida na forma de calor.

Para calcular a capacidade do capacitor de extinção, é utilizada a seguinte fórmula:

C é a capacitância do capacitor de lastro (F); Ieff - corrente efetiva de carga; f é a frequência da tensão de entrada Uc (Hz); Uc — tensão de entrada (V); Tensão de descarga (V).

Para facilitar os cálculos, você pode usar uma calculadora online

O projeto de fontes sem transformador e dispositivos alimentados por elas deve excluir a possibilidade de tocar em quaisquer condutores durante a operação. Deve ser dada especial atenção ao isolamento dos controles.

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Então, vejamos a sequência de cálculo da fonte de alimentação sem transformador discutida no artigo anterior. O método descrito não pretende ser a verdade última e pode diferir de outras fontes. Informações adicionais Este esquema pode ser encontrado em recursos estrangeiros pesquisando no Google a consulta “fonte de alimentação do capacitor” na Internet.

arroz. 1

1. Calcule a corrente de carga

A primeira coisa que devemos começar ao calcular uma fonte de energia sem transformador é a corrente de carga. Na Figura 1 é designado como Iam e o resistor R3 atua como uma carga. Vamos substituir esse resistor por um pequeno circuito com microcontrolador e determinar a corrente que ele consome.

arroz. 2

Você pode fazer isso de duas maneiras:
- por cálculo, somando o consumo aproximado de todos os componentes do circuito,
- com a potência de um amperímetro conectado entre a fonte de tensão e nosso circuito.

O segundo método, é claro, será mais preciso, mas só é viável se houver circuito montado. Vamos tentar realizar um cálculo teórico.

No circuito da Figura 2 existem três consumidores principais - o estabilizador 7805, o microcontrolador ATtiny13 e o LED. Para simplificar, vamos supor que o microcontrolador, quando a energia é aplicada, apenas acenda o LED e gire em um loop infinito.
A corrente quiescente do estabilizador 7805 de acordo com a folha de dados é de 5 mA (parâmetro de corrente quiescente). Quando a corrente de carga e a tensão de entrada mudam, o valor da corrente quiescente muda em 0,5 - 0,8 mA. O valor é pequeno e pode ser ignorado.
Você pode estimar o consumo do microcontrolador ATtiny13 usando o gráfico Active Supply Current vs. VCC, apresentado na ficha técnica na seção Características Elétricas. Digamos que temos uma tensão de alimentação de 5 Volts e uma frequência de clock de 9,6 MHz. Sob tais condições, o attiny13 consome 5,5 mA no modo ativo.
A corrente do LED é calculada usando a fórmula:

Iled = (Upin - Uled)/R2

onde Upin é a tensão lógica no pino do microcontrolador, V; Uled - queda de tensão direta no LED, V.

Para um LED verde, a queda de tensão direta é de aproximadamente 2 V, Upin é de aproximadamente 5 V, o que significa que a corrente através do LED será igual a:

Iled = (5 - 2)/330 = 9 mA.

Para ser honesto, com qualquer corrente fluindo, a tensão no pino do microcontrolador será menor que a tensão de alimentação. Você pode ver isso estudando o gráfico da corrente da fonte do pino de E/S vs. Tensão de Saída (Portas de Baixa Potência, VCC = 5V), apresentada na ficha técnica. Com uma corrente de 9 mA, a tensão no pino do microcontrolador ATtiny13 será de aproximadamente 4,8 V. Mas, novamente, não levamos essas pequenas coisas em consideração no cálculo.

Total: 5 + 5,5 + 9 = 19,5 mA.
O consumo real de corrente é de 18,6 mA.

Como você pode ver, a diferença é insignificante. Vamos arredondar o valor calculado e partir do valor Iam = 20 mA.

2. Calcule a corrente de entrada da fonte de alimentação

Conhecemos a corrente de carga, agora precisamos calcular o valor da corrente na entrada da fonte de alimentação. Na Figura 1 é designado como Iac. Diferente CC carga, a corrente na entrada da fonte de energia sem transformador é variável. E a corrente alternada é caracterizada por quantidades como amplitude e valor efetivo.
O valor da amplitude da corrente alternada é o valor máximo da corrente durante o período de oscilação. O valor efetivo da corrente alternada é a quantidade de corrente contínua que, em um tempo igual a um período de oscilação da corrente alternada, liberará na mesma resistência R a mesma quantidade de calor que a corrente alternada.
Para corrente alternada variando de acordo com uma lei senoidal, a amplitude e os valores efetivos estão relacionados pela seguinte relação:

onde Iac é o valor efetivo, A; e Im - amplitude, A.

O valor efetivo da corrente alternada na entrada do circuito Iac é calculado a partir da corrente de carga Iam usando a seguinte fórmula:

Assim, a corrente na entrada do circuito será igual a:

Iac = 20*2,221 = valor rms de 44,4 mA
Im = 44*1,41 = valor de amplitude de 62,6 mA

3. Determine a tensão de entrada do estabilizador

Todos os estabilizadores lineares, que incluem o chip 7805, possuem um parâmetro chamado tensão de queda - a menor diferença de tensão entre a entrada e a saída. Este parâmetro determina a tensão mínima de entrada do estabilizador na qual ele ainda operará em modo nominal. Para o microcircuito 7805, a tensão de saída é de 5 V e a tensão de queda típica é de 2 V. Isso significa que a tensão de entrada mínima para o estabilizador 7805 será 5 + 2 = 7 V. Levando em consideração o fato de que a tensão ligada o capacitor C2 pulsará, 7 Volts é o valor mínimo da tensão de ondulação. Vamos adicionar 1 V de reserva e partir do valor de 8 Volts.

Não é necessário escolher um chip 7805 como estabilizador, você pode usar o que tiver em mãos; Neste caso, os seguintes parâmetros devem ser levados em consideração:
- tensão máxima de entrada do estabilizador,
- corrente máxima de saída do estabilizador,
- tensão de queda,
- dissipação máxima de potência.

4.Calcule a capacitância do capacitor de suavização C2

Nossa carga é alimentada pela rede durante o meio ciclo positivo da tensão de entrada. Durante o semiciclo negativo, a carga recebe energia do capacitor C2. Durante o semiciclo negativo, ele não deve ter tempo para descarregar para uma tensão inferior a 8 V. Isso não acontecerá se a tensão inicial no capacitor e sua capacitância forem suficientes para manter a corrente de carga especificada.

A capacidade do capacitor de suavização é calculada usando a seguinte fórmula.

C > Iam/(2*f*dU),

onde Iam é a corrente de carga, A; f - frequência da tensão alternada, Hz; C é a capacitância do capacitor, F; dU - faixa de pulsação, V.

dU = Umax - Umin

Umin é igual a 8 V.
Umax é escolhido a partir das seguintes considerações. Uma tensão mais alta possibilita a utilização de um capacitor de menor capacidade, mas coloca uma carga maior no estabilizador, que é forçado a absorver a tensão residual. Uma tensão mais baixa alivia o estabilizador de tensão, mas requer um capacitor maior.
Eu escolhi 9,3 V.

C2 > 0,02/(2*50*(9,3 - 8)) = 0,000153 F = 153 µF

Selecionamos o maior valor adjacente da série E12 - 180 µF.
Além disso, não se esqueça da tensão máxima para a qual o capacitor foi projetado. Tomamos com reserva e meia ou dupla, por exemplo em 16 Volts.

5. Selecione o diodo zener VD1

A tensão nominal necessária do diodo zener é igual à tensão máxima no capacitor de suavização C2 mais a queda de tensão no diodo VD2, ou seja:

9,3 + 0,7 = 10 V.

0,7 é o valor da queda de tensão no diodo conectado na direção direta. Um valor padrão usado em cálculos de engenharia.

Além da tensão nominal de estabilização, parâmetros do diodo zener como correntes nominais e máximas de estabilização, corrente contínua máxima, corrente máxima de pulso e dissipação de energia também são importantes.

Para este circuito escolhi um diodo zener 1N4740A, que possui as seguintes características:

- tensão nominal de estabilização 10 V,
- corrente nominal de estabilização 25 mA,
- corrente máxima de estabilização 91 mA,
- corrente máxima de pulso 454 mA,
- corrente máxima na direção direta 200 mA,
- potência dissipada 500 mW.

Durante o semiciclo positivo da tensão da rede, uma corrente na faixa de 0 a 62 mA (Im) pode fluir através do diodo zener. Se a carga consumir menos corrente, o diodo zener absorverá parte da corrente; se a carga for desligada, toda a corrente de entrada fluirá através do diodo zener; Portanto, a corrente máxima de estabilização do diodo zener deve ser maior que o valor da amplitude da corrente de entrada. No nosso caso > 62 mA. O diodo zener 1N4740 possui corrente máxima de estabilização de 91 mA, o que significa que é adequado para este parâmetro.

Durante o semiciclo negativo, o diodo zener atuará como um diodo normal e toda a corrente de entrada da fonte de alimentação fluirá através dele. A carga neste momento é alimentada pelo capacitor C2. Na direção direta, o diodo zener pode suportar 200 mA, isto é maior que o valor da amplitude da corrente de entrada (62 mA), o que significa que também é adequado para este parâmetro.

Vamos calcular a potência máxima que será dissipada pelo diodo zener. Durante o meio ciclo positivo da tensão da rede no diodo zener haverá 10 V, durante o meio ciclo negativo Ud = 1,2 V (valor da ficha técnica para uma corrente de 200 mA). Para o cálculo, tomamos o valor médio da corrente alternada ao longo de meio ciclo. É calculado usando a fórmula:

Iav = (2 * Im)/3,14 = 0,637*Im

onde Im é o valor da amplitude da corrente alternada, A.

A potência máxima dissipada no diodo zener será igual a:

P = (0,637 * Im)*Ust + (0,637 * Im)*Ud = (0,637 * Im)*(Ust + Ud)
P = 0,637*62*(10 + 1,2) = 442 mW

Essa potência será dissipada pelo diodo zener na pior das hipóteses - quando toda a corrente de carga fluir através dele. Na prática, o valor da potência será menor, pois menos corrente fluirá através do diodo zener durante o semiciclo positivo. O diodo zener também passa neste parâmetro.

6. Selecione o diodo VD2

Corrente de carga Iam = 20 mA.
A tensão reversa máxima no diodo é aproximadamente igual à tensão nominal do diodo zener VD1, ou seja, 10 V.
A potência dissipada pelo diodo é P = Ud*Iam = 0,7 * 20 = 14 mW.
Pegamos o dobro da margem para cada um desses valores e selecionamos um diodo. Eu escolhi o diodo 1N4148.

7. Calcule o resistor R2

A tensão da rede elétrica doméstica é de 220 V. Este é o chamado valor efetivo. O valor efetivo é 2 vezes menor que o valor da amplitude. Já falei sobre isso acima.
O valor da amplitude da tensão da rede é:

Um = 220 * 1,41 = 311 V

No momento inicial de ligação do circuito, quando o capacitor C1 é descarregado, pode ocorrer uma corrente de partida. É necessário selecionar tal valor do resistor R2 para que no máximo tensão de entrada a corrente de pulso através do diodo zener era inferior a 454 mA.

R2 > Um/Ispike = 311/450 = 691 Ohm

Selecione o valor mais próximo da faixa E24 - 750 Ohm

A potência dissipada por este resistor será igual a

Pr = Iac * Iac * R = 44 * 44 * 750 Ohm = 1,5 W

Pegamos um resistor de 2 watts.

8. Calcule e selecione o capacitor C1

O valor do capacitor C1 é calculado usando a seguinte fórmula:

onde Iac é o valor efetivo da corrente no circuito, A; Uac – valor efetivo mínimo da tensão no circuito, V; f – frequência da tensão alternada, Hz; R – resistência do resistor R2, Ohm.

A fórmula é derivada da lei de Ohm para um circuito de corrente alternada que consiste em um capacitor e um resistor.

Todas as quantidades são conhecidas:

Iac = 44 mA
Uac = 220 V
R2 = 750Ohm
f = 50 Hz

Substituímos sua fórmula e obtemos o valor de C1. Será igual a 650 nF. Vamos pegar o valor vizinho maior da série E12 - 680 nF.

A tensão operacional C1 deve ser maior que Um = 311 V. Você pode usar um capacitor com tensão operacional de 400 V, mas é melhor usar um capacitor projetado para 600 V.

Para C1, você precisa escolher capacitores projetados para operar em circuitos de corrente alternada, por exemplo, capacitores de filme metálico domésticos K73-17 ou seus análogos importados. Se você não conseguir encontrar um capacitor com a capacitância necessária, poderá conectar dois capacitores de menor capacitância em paralelo.

9. Selecione o resistor R2

Selecionamos o resistor R1 com valor nominal de 1,5-2 MOhm. A potência que será dissipada por este resistor pode ser estimada aproximadamente usando a fórmula:

P = (Uac*Uac)/R1 = (220*220)/1500000 = 32 mW

Escolhemos um resistor com potência de 0,125 - 0,25 W.

A versão final do esquema

Conector X1 para conectar o dispositivo à rede.
Conector X3 para alimentação Tensão CC ao depurar e programar o dispositivo.

Algumas palavras sobre regras de segurança

E finalmente, sobre o mais importante.
Não conecte um dispositivo com fonte de alimentação sem transformador a um computador ou programador quando ele estiver alimentado pela rede elétrica. Alguns deles podem queimar.
Para programar ou depurar o dispositivo, ligue-o a partir de uma fonte de alimentação CC separada quando estiver desconectado.
Não toque nos elementos e condutores do dispositivo quando ele estiver conectado à rede, isso pode causar danos choque elétrico.
Não conecte um osciloscópio a um dispositivo em funcionamento.