O divisor capacitivo de tensão (M253)

Uma configuração muito interessante que é usada em circuitos de corrente alternada é o divisor de tensão capacitivo. Com ele podemos elaborar fontes de alimentação sem transformador sem a necessidade de usar resistores de altas dissipações. Veja neste artigo como calcular um divisor capacitivo de tensão para uma fonte sem transformador.

Uma forma simples de se obter uma tensão menor a partir de uma tensão maior de entrada é usando um divisor de tensão com dois resistores, conforme mostra a figura 1.

 


 

 

 

Nesse divisor, a tensão de saída que aparece sobre o resistor R2 é dada por:

 

V2 = V x R2/(R1+R2)

 

Onde V2 é a tensão de saída e V a tensão de entrada.

O grande problema desse tipo de circuito é que, para altas tensões de entrada e relativamente pequenas correntes, a dissipação de R1 pode tornar-se muito grande.

Além de um componente caro que dissipa uma boa quantidade de calor, temos um desperdício de energia, já que este calor significa energia consumida.

Para uma fonte de 100 mA, por exemplo, supondo que praticamente toda a corrente vá para a carga, sob tensão de 110 V de entrada e 6 V de saída temos uma dissipação de aproximadamente 10 W no resistor R1.

Se a alimentação for de 220 V, essa dissipação dobra.

Evidentemente não se trata de uma boa solução para abaixar tensões sem o uso de transformadores.

 

O Divisor Capacitivo

Uma solução interessante para se abaixar a tensão da rede de energia (alternada) sem tantas perdas é com a utilização de um divisor capacitivo.

O que se faz neste caso é aproveitar a Reatância Capacitiva de um capacitor que, conforme mostra a figura 2, depende da freqüência da tensão alternada aplicada.

 


 

 

 

Como num capacitor, a impedância apresentada equivale a uma resistência pois a freqüência é fixa, e não temos praticamente dissipação de energia na forma de calor, um divisor que tenha um capacitor e uma carga, conforme mostra a figura 3 tem um rendimento muito maior.

 


 

 

 

A tensão de entrada fica então dividida entre a carga e o capacitor, podendo ser calculada partindo-se da fórmula :

 

Z = V/I (1)

 

Onde:

Z é a impedância do circuito em Ω

V é a tensão de entrada

I é a corrente do circuito em ampères

 

Ora, a reatância capacitiva do circuito será dada por:

 

Xc2 = Z2 - R2 (2)

 

Onde:

Xc é a reatância capacitiva em Ω

Z é a impedância do circuito em Ω

R é a resistência de carga em Ω

 

Em função de Xc é possível calcular o valor do capacitor a ser usado pela fórmula:

 

C = 1/(2 x ? x f x Xc) x 106 (3)

 

Onde:

C é a capacitância em microfarads (uF)

f é a freqüência da corrente que alimenta o circuito em hertz

Xc é a reatância capacitiva

 

Um exemplo de aplicação mostra como podemos elaborar uma simples fonte para alimentar uma lâmpada de 12 V x 50 mA a partir da tensão da rede de energia de 110 V.

 

Exemplo:

Determinar o valor do capacitor que deve ser usado em série com uma lâmpada de 12 V x 50 mA para que possamos alimentá-la diretamente a partir da rede de energia de 110 V, conforme mostra a figura 4.

 


 

 

 

Neste problema temos:

Vs = 12 V

V = 110 V

I = 0,05 A (50 mA)

f = 60 Hz

C = ? (desejamos calcular)

 

Começamos calculando o valor de R no circuito equivalente:

 

R = Vs/I = 12/0,05 = 250 Ω

 

A partir da fórmula (1) podemos calcular a impedância total do circuito Z:

 

Z = V/I = 110/0,05 = 2 200 Ω

 

A partir desses valores podemos calcular Xc usando a fórmula (2):

 


 

 

 

Obtemos então Xc = 2 150 Ω

 

Com este valor podemos calcular C usando a fórmula: (3)

 

C = 1/(2 x 3,14 x 60 x 2150) x 10-6

C = 1/805820 x 10-6

C = 0,00000124 x 10-6

C =1,24 x 106 x 10-6

C = 1,24 µF

 

Observe que a tensão de trabalho do capacitor usado assim como o tipo são importantes neste projeto.

O capacitor deve ser de tipo especial para corrente alternada (poliéster) e sua tensão de trabalho deve ser maior do que o pico de tensão da rede de 110 V.

Considerando que o pico de tensão está em torno de 150 V, é conveniente usar um capacitor de 200 V ou mesmo mais.

 

Conclusão:

Observe que neste tipo de aplicação a corrente na carga deve ser constante.

Se a corrente variar também temos variações de tensão. Assim, numa aplicação em que isso possa ocorrer deve-se usar um regulador de tensão no circuito.

Supõe-se neste caso uma carga pelo menos 2 V maior que a desejada no circuito a ser alimentado e intercala-se um regulador de tensão.

De qualquer forma é muito importante ter em mente que este circuito não é isolado da rede de energia e que, portanto, deve ser usado em aplicativos que não tenham partes expostas.

Da mesma forma, somente circuitos de baixo consumo devem ser alimentados por esta configuração, já que para correntes maiores o valor do capacitor a ser usado pode tornar o transformador uma opção mais conveniente.


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