Carga Resistiva de Potência (ART2283)

Na prova de fontes de alimentação é comum necessitarmos de resistores de valores relativamente baixos e de altas dissipações. O que ocorre de mais grave neste caso, entretanto, não é a dissipação necessária, mas sim os valores desejados, que nem sempre correspondem aos das séries comerciais disponíveis. Com o circuito apresentado podemos simular resistores de baixos valores e altas dissipações com facilidade e precisão. Se você trabalha com fontes de alimentação ou necessita de cargas resistivas precisas para sua prova, eis aqui a oportunidade de ter um equipamento de grande utilidade.

Utilizando o integrado CA1458E, que consiste num duplo-operacional (cada um equivalente ao conhecido 741), e um transistor Darlington de potência de 4 A, elaboramos uma carga resistiva de grande utilidade para a prova de fontes de alimentação e outros circuitos que exijam resistores de baixos valores e altas dissipações.

Esta carga pode operar com tensões até 60 V e dissipar potências da ordem de 50 W.

A precisão para o valor simulado depende exclusivamente do resistor usado como padrão e dos resistores utilizados na montagem do circuito que, preferivelmente, para uma aplicação profissional devem ser de 1%.

A alimentação do circuito tanto pode ser feita com baterias comuns de 9 V como através de fonte fixa, cujo diagrama é dado na figura 1, que fornece uma saída de 12 V.

Figura 1 – Fonte para o circuito | Clique na imagem para ampliar |

Como o consumo de corrente do setor operacional que é alimentado pela fonte ou pilhas, é muito baixo, baterias pequenas de 9 V terão boa durabilidade, permitindo assim a realização de um equipamento portátil.

O CIRCUITO

A ideia básica consiste em se programar o valor resistivo que o circuito apresenta através de um resistor padrão externo Rx.

Os amplificadores operacionais são então ligados de modo a proporcionar uma amplificação de 1000 vezes, o que significa que o valor do resistor externo ficará dividido por 1000.

Assim, levando em conta que existe uma resistência adicional de10 intrínseca ao circuito, se ligarmos entre os pinos X1 e X2 um resistor de12 k,a resistência que passará a ser vista entre X3 e X4 será de:

(12000/1000) + 1 = 12 +1 =13 ohms

A corrente máxima permitida está determinada pelas características do transistor Darlington de saída, no caso 4A, assim a dissipação neste caso será da ordem de 50 W.

Veja que o ganho dos operacionais são dados pelos resistores de realimentação.

Tomando como referência o circuito, vemos que a resistência de realimentação que determina o ganho deve ter um valor não comercial de 499 ohms.

Para obter este valor podemos simplesmente selecionar dois resistores de 1k que, ligados em paralelo, proporcionem este valor.

Podemos fazer a medida com um multímetro de alta sensibilidade para obter precisão de mesma ordem para a carga.

E importante observar que a resistência representada pelo transistor de potência é polarizada, ou seja, deve haver uma tensão positiva no coletor, em relação ao emissor, para que o sistema funcione.

No caso, a tensão pode ter um valor mínimo de 3 V e máximo determinado pelas características deste mesmo transistor.

MONTAGEM

Na figura 2 damos o diagrama completo da carga resistiva de potência.

Figura 2 – Diagrama da carga | Clique na imagem para ampliar |

A disposição dos componentes em placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.

Figura 3 – Placa para a montagem | Clique na imagem para ampliar |

Observe que as ligações que conduzem as correntes mais intensas devem ser feitas com fios grossos ou então terem regiões cobreadas largas na placa de circuito impresso.

Os resistores usados são de 1 %, ou conforme a precisão desejada, e os diodos são 1N4002 ou equivalentes.

O transistor de potência deve ser instalado em excelente radiador de calor.

A utilização de pasta térmica, entre o transistor e o radiador, é importante e a localização na caixa deve ser tal que permita a transferência de calor para o ambiente com facilidade.

Sugerimos a instalação fora da caixa na sua parte posterior, mostra a figura 4.

Figura 4 – Transistor fora da caixa

O resistor R6 também tende a se aquecer durante o funcionamento à plena potência por isso este componente não pode estar próximo de elementos do circuito sensíveis ao calor.

PROVA E USO

A precisão de funcionamento pode ser comprovada com a ligação da carga a uma fonte e um amperímetro em série, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Verificação

Colocando um resistor de 100 k, por exemplo, entre X1 e X2 teremos a carga apresentando uma resistência equivalente a 100 ohms.

Com uma tensão de 10 V deveremos ter uma corrente de 100 mA.

Para um resistor de 10 k, a resistência equivalente será de 11 ohms o que significa que, com uma tensão de 11 V, teremos uma corrente de 1A.

Uma sugestão consiste na utilização de um potenciômetro linear entre X1 e X2 que permitiria o ajuste da corrente na carga numa ampla faixa de valores.

Comprovado o funcionamento é só utilizar a carga, lembrando as suas limitações de corrente e tensão e observando a sua polaridade.

Na figura 6 temos o modo de se fazer um teste de funcionamento de uma fonte de alimentação.

Figura 6 – Teste de fonte

Ajustamos a resistência externa para um valor que resulte na corrente em que se deseja fazer a prova da fonte.