M014 - Associação de Fontes

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Associação de Fontes de Tensão

Nós já vimos no módulo M008 o que é uma fonte de tensão. Já vimos também que todo circuito eletrônico necessita de uma fonte de tensão para ser possível a existência da corrente elétrica. Muitas vezes a fonte de tensão disponível não tem a tensão de saída suficiente para alimentar o circuito. Imagine, por exemplo, o circuito eletrônico de um carrinho de controle remoto. Vamos supor que tenha que trabalhar com estas pilhas comuns de 1,5V mas necessite de 9V para funcionar adequadamente. O que fazer? A resposta é a associação de fontes de tensão. Nós vamos conectar algumas fontes de forma a obter a tensão de saída desejada.

Mas para entender o que é associação em série ou em paralelo, veja exemplos a seguir com associação de resistores:

Associação em Série e Associação em Paralelo

Observe os esquemas da figura 1:

Fig 1

Neles são apresentados exemplos das associações básicas de componentes: a Associação em Paralelo e a Associação em Série.

Temos ainda a associação mista que é composta por associações em paralelo e em série ao mesmo tempo.

Basicamente, na associação em paralelo, a corrente que circula pela associação se divide entre os componentes. Já na associação em série a corrente que circula é a mesma em todos os componentes da associação. Veremos isto adiante quando discutirmos as Leis de Kirchhoff.

No exemplo da figura 1 foram usados resistores nas associações, mas poderiam ser outros componentes como fontes, capacitores, indutores, diodos etc.Mas veremos mais tarde que algumas associações não são permitidas, como por exemplo a associação em paralelo de fontes de tensão.

Associação de Fontes de Tensão

Se substituirmos nos esquemas da figura 1 os resistores por fontes teremos os seguintes esquemas:

Fig 2

Observe que "carimbamos" como proibido a associação em paralelo de fontes de tensão. Porque não é possível associar em paralelo fontes de tensão? Para entender isto observe o esquema da figura 3, onde substituímos o fio condutor que conecta os polos positivos das fontes pelo resistor Rf.

Fig 3

O resistor Rf da figura 3 representa a resistência do fio que conecta os polos positivos das duas fontes. Pela lei de ohm, a corrente Ic que vai circular por Rf será dada pela diferença das tensões de F1 e F2, dividido por Rf. Ou seja:

Ic   =   (F1-F2) /  Rf

Se a tensão de F1 for rigorosamente igual à de F2, pela fórmula acima Ic = 0 e ai estará tudo bem. Mas imagine uma situação prática onde F1 = 1,54V ; F2 = 1,48V e Rf = 10mR (10 miliohms).

Neste caso Ic será dado por:

Ic  =  (1,54 - 1,48) /  0,010     logo: Ic  =  6A

Ou seja, ficará circulando uma corrente de 6A entre a fonte F1 e F2 até que a fonte F1 se descarregue (se for uma pilha ou bateria, por exemplo). Além disto esta corrente é muito alta e pode danificar as fontes, dependendo da capacidade destas.

Algumas fontes eletrônicas de tensão são projetadas para trabalhar em paralelo. Mas neste caso, as fontes utilizam características de curva de carga para evitar a corrente Ic mostrada acima. Mas para fontes comuns como pilhas, baterias de automóvel, baterias de celular etc, a associação paralela não é possível.

O resultado da associação em série de fontes de tensão é uma fonte cuja tensão de saída é a soma das tensões de cada fonte. Mas cuidado especial deverá ser tomado em relação à capacidade de fornecimento de corrente da associação. Esta será dada pela corrente da fonte de menor capacidade.

Vejamos alguns exemplos:

1) No circuito da figura 4, calcule o valor da tensão total da associação de fontes e a corrente máxima que o conjunto poderá fornecer, sabendo que F1 = 12V, F2 = 8,4V e F3 = 2,4V. Sabemos ainda que a capacidade máxima de corrente de saída para as fontes é 100mA, 12A e 8A, respectivamente para F1, F2 e F3.

Fig 4

Resposta:

V_Total = V_F1 + V_F2 + V_F3     Logo: V_Total = 22,8V

A capacidade máxima de corrente do conjunto de fontes será igual à menor capacidade. Ou seja, para o conjunto de fontes proposto na figura 4, a capacidade máxima de corrente de saída é 100mA (100 miliamperes)

Para finalizar, a resposta para a questão colocada no início deste módulo é a associação em série de 6 pilhas de 1,5V cada. Assim a associação apresentará uma tensão total de saída de 9V, suficiente para alimentar o circuito eletrônico do carrinho de controle remoto. Além desta tensão de saída é preciso analisar qual a corrente total que o circuito vai consumir para dimensionar as pilhas adequadamente.