UNIVERSIDADE SÃO MARCOS
FACULDADE DE ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES
LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE – I
MÓDULO 5 – FONTE DE TENSÃO
PARTE TEÓRICA
1. OBJETIVOS
Uma vez completado este módulo, deveremos estar capacitados para:
a) Desenhar o circuito equivalente de uma bateria real que está conectada a uma carga
elétrica.
b) Relembrar como se obtém o valor da tensão a vazio.
c) Calcular o valor da resistência interna.
d) Esboçar as curvas características das fontes de tensão ideais e reais.
e) Calcular o valor do percentual de regulação de tensão.
2. NOÇÕES TEÓRICAS
As fontes de tensão mostradas no esquema usual da Figura 1(a) não são ideais.
Figura 1(a)
Estes geradores de CC, fontes de alimentação e baterias são em realidade o equivalente
de fontes de tensões ideais conectadas em série com resistências internas, como
podemos observar na Figura 1(b).
Figura 1(b)
A propósito, a fonte de tensão ideal se denomina fem (força eletromotriz).
Para a fonte de tensão ideal da Figura 1(a), temos:
VIDEAL = VL
Consideraremos que:
VI = Tensão interna
VL = Tensão na carga
RI = Resistência interna
RL = Resistência na carga
Para a fonte de tensão real da Figura 1(b), a corrente flui através da resistência interna e
da resistência de carga. Através de cada resistência se produz uma queda de tensão e,
para este circuito, os valores são:
VI = I.RI = 2 x 3 = 6 V
VL = I.RL = 2 x 5 = 10 V
A equação de Kirchhoff das tensões para o circuito será :
VNL(fem) = I.RI + I.RL = 6 + 10 = 16 V
Mesmo que VNL seja de 16 V, apenas 10 V serão aplicados à carga. A tensão restante
corresponde à queda de tensão na resistência interna e não serve a nenhum propósito
útil. Com isto, podemos dizer que a tensão aplicada à carga se denomina de tensão
terminal, devido ao fato de que podemos medi-la através dos terminais das fontes de
tensão.
2.1 DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA INTERNA
A resistência interna de uma fonte de tensão pode ser determinada a partir das medições
e da Lei de Ohm segundo o seguinte procedimento:
a) Meçamos a tensão VNL, como está apresentado na Figura 2(a).
Figura 2(a)
2
Esta tensão é medida a vazio e se denomina tensão de circuito aberto ou tensão a
vazio (VNL). Para efetuarmos esta medida, podemos utilizar um voltímetro com alta
resistência de entrada (impedância). Os multímetros comuns tem um valor de precisão
bastante aceitável.
b) Conectemos a fonte de tensão à carga, como está apresentado na Figura 2(b).
Figura 2(b)
c) Meçamos a corrente de carga IL com um amperímetro.
d) Meçamos a tensão de carga VL com um voltímetro, como está apresentado na Figura
2(b). Esta é também a tensão terminal.
e) Escrevamos a equação de Kirchhoff para o circuito de prova da Figura 2(b).
Nota: O único valor desconhecido na equação é a resistência interna RI.
f) Vamos resolver a equação para a determinação da resistência interna RI.
VNL - VL
RI = -----------I
g) Vamos substituir os valores medidos na equação e assim calcularmos o valor de RI.
2.2 CARACTERÍSTICAS DA FONTE DE TENSÃO
Quando a resistência interna apresenta um valor baixo, quase toda a tensão a vazio VNL é
aplicada à carga e a fonte de tensão opera quase como uma fonte de tensão ideal.
Quando a resistência interna apresenta um valor alto, na carga surge apenas uma
pequena tensão a vazio. Quando as baterias estão novas, apresentam valores de
resistência interna muito baixos. Mas quando começarem a se descarregar, a resistência
interna vai aumentando mais e mais, e vai diminuindo a tensão terminal disponível para a
carga.
O gráfico da Figura 3 mostra as características da fonte de tensão ideal, considerando a
corrente de carga variando, partindo do valor a vazio, ou seja 0 mA. Podemos observar
que a tensão a vazio ocorre quando a corrente é nula. No mesmo gráfico está
representada a curva para a fonte de tensão real. Quando aumentamos a corrente de
3
carga, diminui a tensão através da carga, ou seja, a tensão terminal. As baterias, os
geradores e as fontes de alimentação CC possuem curvas características deste tipo.
Figura 3
2.3 REGULAÇÃO DE TENSÃO
As curvas características das fontes de alimentação podem ser comparadas com a curva
ideal, para podermos determinar a qualidade da fonte de tensão. Outro procedimento
consiste em calcular a regulação de tensão a partir da seguinte fórmula:
VNL - VFL
VR = ------------- x 100%
VFL
onde:
VR = Regulação de tensão
VNL = Tensão a vazio
VFL = Tensão a plena carga
A regulação de tensão para a fonte de tensão da Figura 3 é:
VNL - VFL
40 - 30
VR = -------------- x 100% = ------------ x 100% = 33,3%
VFL
30
Esta fonte de tensão é de baixa qualidade porque o percentual de regulação de tensão é
alto. As boas fontes de alimentação CC têm valores muito baixos de regulação de tensão.
3. TESTE
3.1 Desenhe o circuito equivalente de uma bateria real.
3.2 Qual é a corrente de carga para a qual se mede a tensão a vazio?
3.3 Esboce as curvas características para as fontes de tensão real e ideal.
4
3.4 Uma fonte de alimentação possui uma tensão de 12 V para uma carga de 100 mA e
possui 12,5 V a vazio. Calcule:
a) Sua resistência interna.
b) O percentual de regulação.
Agora estamos preparados para começar as atividades de aprendizagem no laboratório
em Fonte de Tensão.
Referência: EB – 102 – Circuitos de Corrente Contínua II – DEGEM SYSTEMS
(Antecedentes Teóricos)
Apostila Traduzida pelo Professor Carlos Henrique Faria
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