Neste projeto para a disciplina de eletrônica para a computação da USP são carlos o grupo tem como objetivo projetar uma fonte de Tensão ajustável entre 3V a 12V com capacidade de 100mA.
O objetivo da fonte de alimentação é transformar a tensão do fornecedor de energia 110V-220V em corrente alternada AC numa tensão de corrente contínua que permita os equipamentos em CC funcionar.
Transformador : Transforma a tensão AC e corrente de entrada para um valor utilizável em AC.
Ponte retificadora: Retifica os pulsos de modo a produzir uma saída polarizada DC.
Filtragem: Filtra a tensão tornando a corrente contínua.
Regulação: Regula a saída de modo a ter uma tensão constante.
- Tudo começa com a entrada de um sinal elétrico alternado, sua ddp é reduzida por um transformador que é um dispositivo elétrico muito comum em equipamentos eletrônicos. Ele é capaz de “reduzir” ou “elevar” os níveis de tensão na entrada da fonte e por isso, é essencial que se tenha um transformador de qualidade para garantir uma fonte estável.
- O próximo estágio é a retificação dessa energia alternada para um sinal contínuo. Essa etapa é composta por uma ponte de diodos que só permitem a passagem dos semi ciclos positivos do sinal original, sendo essa configuração conhecida como retificador de onda completa. Existe também o retificador de meia onda que permite a passagem de pulsos com intervalos; porém, normalmente é utilizada em uma fonte um retificador de onda completa. Este retificador normalmente é composto por diodos semicondutores que quando polarizados inversamente, atuam como uma chave aberta, e quando polarizados corretamente, permitem a passagem apenas do semi ciclo positivo.
- Na terceira parte, temos um filtro que normalmente na eletrônica é composto por indutores e capacitores, esse filtro faz com que o sinal pulsante fique o mais próximo possível de um sinal linear de corrente contínua. Esse filtro atua carregando e descarregando os capacitores (acumuladores de energia) como podemos ver na imagem abaixo:
O capacitor se carrega durante um breve período de tempo e tem sua descarga lenta, com isso, faz com que os pulsos de saída fiquem quase invisíveis. Esse ruído residual é conhecido como RIPPLE e quanto menor o RIPPLE, melhor é a fonte de alimentação.
- A última etapa da fonte, mas não menos importante que as antecedentes, é a regulação. Um regulador é um dispositivo que funciona de forma a linearizar o máximo possível a saída da fonte na tensão desejada. Ou seja, por mais que entre uma tensão pulsante e maior que a desejada na entrada do regulador, este deve apresentar em sua saída um valor constante fixo, e aguentar também variações na corrente da carga e na temperatura. Para fontes de alimentação de baixa corrente, um regulador de tensão simples pode ser feito com um resistor e um diodo zener conectado ao contrário, conforme mostrado no diagrama. Os diodos Zener são classificados por sua tensão de ruptura e potência máxima, sendo 13 V e 0,5 W os valores escolhidos para o trabalho, o resistor tem a função de limitar a corrente que passará pelo zener. Como desejamos uma fonte de tensão variavel, 3V A 12V, o potenciometro tem a função de controlar esta tensão através da queda de potencial conforme o valor de saída requerido.
A voltagem de pico é um valor que será usado nos próximos cálculos e consiste na medida a partir do eixo horizontal até a parte superior da onda. Para obtermos este valor, basta multiplicarmos a tensão rms pela raiz de 2
A Razão do transformador será calculada e depois subtraída 1,4V que serão perdidos na ponte de diodos, uma vez que cada diodo consome 0,7V da tensão. considerando que desejamos trabalhar com a ddp de 24V, podemos realizar os seguintes cálculos:
Com a tensão entre os polos da ponte de diodos, podemos calcular o Valor do ripple, que consiste em 10% da voltagem que chega ao capacitor, e com esse valor, pode-se calcular a capacitância necessária para este capacitor, além de podermos calcular a tensão de saída.
Para calcular a capacitância precisa-se saber a priori a magnitude de corrente que o circuito requer, esse cálculo é feito com base nas características dos diodo zener, transistor e a configuração de tensão da fonte variável 3V a 12V, primeiramente para o diodo zener e 3V:
| Quantidade | Componente | Valor uni. | Valor Tot |
|---|---|---|---|
| 1 | Transformador 110/220V para 24V | 38,77 | 38,77 |
| 4 | Diodo Retificador 10A10 | 0,95 | 3,80 |
| 1 | Capacitor 470 uF /25V | 0,41 | 0,41 |
| 1 | Diodo Zener 13V | 0,09 | 0,09 |
| 1 | Resistor 1K | 0,06 | 0,06 |
| 1 | Resistor 1.8K | 0,14 | 0,14 |
| 1 | Resistor 2K | 0,06 | 0,06 |
| 1 | Transistor NPN | 0,22 | 0,22 |
| 1 | Potenciômetro 5K | 2,20 | 2,20 |
| 1 | Led 5mm Vermelho | 0,25 | 0,25 |
| Total: | R$ 46,00 |
Link do circuito: https://tinyurl.com/yeagkzrp
Link do vídeo: https://drive.google.com/file/d/1Jho4QPQ_KDcUPeQXyRfK_TmkSZQ_4Uwc/view
Aulas do Prof. Simões: https://gitlab.com/simoesusp/disciplinas/-/tree/master/SSC0180-Eletronica-para-Computacao
https://www.electronica-pt.com/fontes-alimentacao/teoria-fontes-alimentacao
https://electronicsclub.info/powersupplies.htm
http://www.lsi.usp.br/~bariatto/fatec/aca/aula4-reguladores.pdf
https://www.mcmfontesenobreaks.ind.br/pt-br/como-funciona-sua-fonte-de-alimentacao/
Felipe Henrique de Oliveira - 11272811
Lucas Pereira Pacheco - 12543930
Rogério Lopes Lube - 10770113