Fonte de alimentação linear de 5V com transformador, circuito retificador
com filtro capacitivo e CI estabilizador.
UNIVERSIDADE Anhanguera-Uniderp
Disc. Eletrônica Geral I
Profª M. Sc Daniela Luiza Catelan Carneiro
EE - Turma N501
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Fonte retificadora, Notas de estudo de Engenharia Elétrica
FONTE RETIFICADORA 5/-5/10V, DE 500mA
Tipologia: Notas de estudo
Antes de 2010
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Fonte de alimentação linear de 5V com transformador, circuito retificador
com filtro capacitivo e CI estabilizador.
UNIVERSIDADE Anhanguera-Uniderp
Disc. Eletrônica Geral I
Profª M. Sc Daniela Luiza Catelan Carneiro
EE - Turma N
Acadêmicos: Johnny M. Marques R.A. 122928
Campo Grande, 12 de Junho de 2010
UNIVERSIDADE Anhanguera-Uniderp
Disc. Eletrônica Geral I
Profª M. Sc Daniela Luiza Catelan Carneiro
EE - Turma N
LISTA DE TABELAS
Lista de componentes (Tab.01) ...................................................................................... Componentes Adicionais (Tab.02) .................................................................................
INTRODUÇÃO
Desde a sua descoberta pelo filósofo grego Tales de Mileto, no início do século XVII, passando por toda evolução decorrida dos estudos de diversos físicos, nos séculos seguintes, bem como com a instalação da primeira usina hidrelétrica junto às cataratas do rio Niágara em meados do século XIX [1], e culminando com os dias atuais, a eletricidade tem se mostrado um grande avanço no fornecimento de energia para o acionamento dos mais diversos tipos de equipamentos e máquinas. No decorrer desta história, também a eletrônica se fez presente. Seu surgimento se deu no final do século XIX, a partir de experiências realizadas por Tomas Edison, Heinrich Hertz entre outros. Já a sua evolução apresenta alguns marcos importantes, como o ocorrido em 1907 quando Lee de Forest inventa a Válvula Triodo. A partir daí, os mais diversos tipos de sistemas eletrônicos passam a ser criado, como o rádio, osciloscópio entre outros equipamentos. [2] Mas foi em 16 de dezembro de 1947 que a eletrônica sofreu sua maior revolução. Foi nessa data que William Bradfor Shockley, John Bardeen e Walter Houser Brattain inventaram o transistor. [3] A partir deste momento, inúmeros dispositivos passaram a ser inventados e a miniaturização dos equipamentos já existentes tornou‐se possível. Esta é por muitos considerada a maior invenção da história moderna. Com a evolução da eletrônica, diversos sistemas passaram a ser criados, e juntamente com eles surge a necessidade de condicionar a energia elétrica, de forma a alimentar os sistemas em desenvolvimento. Como uma possível solução para esta necessidade; criaram‐se as primeiras fontes lineares reguladas, que são assim chamadas por possuírem um circuito integrado ou um transistor operando de forma linear em sua saída. Mais adiante, por volta de 1960, as fontes chaveadas começam a ser desenvolvidas, visando sua aplicação nos programas espaciais. O objetivo de seu desenvolvimento era a substituição das fontes reguladas, do tipo linear, que são pesadas, volumosas e dissipativas, por fontes compactas e de alto rendimento. [4] Hoje em dia, as fontes chaveadas são altamente empregadas como dispositivos de alimentação para as mais diversas aplicações, como conversores de alta potência, No‐Breaks, sistemas embarcados, microcomputadores, carregadores de celular entre outros. Nesta primeira etapa do projeto a ser desenvolvido na disciplina de eletrônica industrial, será projetada e construída uma fonte de alimentação do tipo linear e regulada. Esta escolha se dá pela facilidade de desenvolvimento que este tipo de fonte possui frente ao projeto de uma fonte chaveada. Soma‐se a isso também o fato de uma fonte chaveada envolver um custo mais elevado de desenvolvimento, por necessitar de um maior numero de dispositivos semicondutores, que necessitariam ser adquiridos pelo executor. Desta forma, o projeto que se segue trata do estudo e desenvolvimento de uma fonte linear e regulada, operando com saídas simétricas em 5 e 10 Volts (V) e com capacidade de corrente de até 1 Ampères (A) por saída. Este relatório trará a descrição do circuito e o seu funcionamento, a metodologia de projeto adotada e o projeto de um protótipo de acordo com as especificações já citadas. Por fim será implementado um protótipo com o qual se verificará a coerência da metodologia adotada, além da obtenção de uma validação prática para o estudo realizado, a partir de ensaios e aquisições.
OBJETIVO
Implementar uma fonte de alimentação linear de 5V com transformador, capacitivo e CI estabilizador LM 7805 ou equivalente. Podendo o projeto ser implementado em protoboard ou circuito impresso.
Ambas as opções são mostradas na Fig. 03 logo abaixo.
Fig.
Uma ponte retificadora consta de 4 diodos retificadores reunidos num só invólucro, com 2 terminais marcados "~" para a entrada AC e 2 terminais marcados com "+" e "-" para a saída polarizada CC. A ponte retifica os dois semi-ciclos da tensão alternada (daí o nome 'retificação em onda-completa'. Da tensão de entrada na ponte, perde-se 1,4 V, porque cada diodo determina uma queda de potencial elétrico de 0,7 V (típica da junção PN de silício); e há sempre 2 diodos em condução em cada semi-ciclo. Tais pontes, facilmente obtidas no comércio eletrônico, são classificadas pela intensidade máxima de corrente e pela máxima tensão inversa que podem suportar. Como os diodos devem suportar os picos de tensão, a ponte deve suportar, pelo menos, três vezes a tensão rms da saída do transformador.
No terceiro bloco tem-se a 'Filtragem' ou a ação de filtrar, retirar impurezas ou separar partes distintas que não é o caso, em se tratando de corrente elétrica. Filtragem, aqui, é um jargão eletrônico para a ação de um componente cuja finalidade é 'acumular cargas elétricas', fornecendo-as quando necessário. Quem age aqui como reservatório de cargas é um capacitor de grande capacitância, notadamente o capacitor eletrolítico. Sua colocação no circuito da fonte é mostrada na fig. 04:
Fig.
A ação do capacitor de filtragem é suavizar os 'solavancos' dos semiciclos provenientes da retificação, convertendo-os em um fornecimento 'mais contínuo' de cargas elétricas.
O diagrama a seguir destaca a tensão 'não filtrada' (em linha pontilhada) e a CC suavizada (em linha sólida).
Fig.
Nota-se, que a filtragem aumenta significativamente a tensão média CC, para o valor de pico (1,4 × valor RMS). Em outras palavras, uma saída de 5 VACrms no secundário do transformador, tenha sido retificada por uma ponte, da qual obtivemos 3,6 VCCrms (1, volts foram perdidos na retificação). A ação da filtragem eleva essa tensão para seu valor de pico, ou seja, 1,4 x 3,6 VCCrms= 5,04 VCCpico. Como a tensão elétrica nos terminais do capacitor cai um pouco por ocasião das descargas (linha azul cheia, na ilustração acima), a 'filtragem' não é perfeita, resultando assim numa residual ondulação de tensão (tensão de 'ripple'). Para muitos circuitos a ondulação (ripple) de 10% do valor da tensão total é satisfatória, e isso se obtém com determinado valor ( C ) da capacitância do capacitor eletrolítico. Eis a expressão para esse cálculo:
Capacitância para 10% de ripple = C = 5.Is/Us.f
Onde: C é a capacitância do capacitor de filtragem, em farads (F); Is é a intensidade de corrente de saída, em ampéres (A); Us é a tensão de entrada, em volts (V) [este é o valor de pico da tensão não filtrada]; f é a freqüência da tensão AC, em hertz (HZ) [no Brasil, 60 Hz]. Sem dúvida, quanto maior a capacitância do capacitor de filtragem, menor a ondulação da saída CC.
Para este último bloco é usual utilizar-se circuitos integrados reguladores que são encontrados no comércio quer com valores fixos de tensões de saída (5, 6, 9, 12, 15VCC, etc.), quer com saída variável. São classificados, além disso, pela intensidade máxima de corrente que podem controlar.
Fig.
Tanto a placa de circuito impresso com o circuito da fonte retificador, quanto o transformador abaixador serão simetricamente inserido em caixa metálica apropriada para tal aplicação, como a ilustrada logo abaixo na fig.09.
Fig.
A seguir tem-se na sequencia de imagens que vai da fig.10 à fig.15 a fonte retificadora ja acoplada em sua caixa metalica definida, restando apenas a devida fixação dos equipamentos.
Fig.
RESULTADOS
Na fig.16 pode-se observar as tensões de saída para cada pólo, bem como a tensão de saída entre pólos. Abaixo tem-se o circuito da fonte retificadora do qual foram realizados os testes que serão mostrados a seguir.
Fig.
A fig.17 mostra a senóide da tensão de entrada em D1 e D2.
Fig.
A Fig. 18 é possível se observar a curva de carregamento do Capacitor C1, bem como o nível de tensão por canal(Capacitor).
Fig.
Na Fig.19 tem-se a medição de saída conforme esperado para o circuito analisado, ou seja aproximadamente +5V.
Fig.
Na fig.22 a seguir tem-se a sinalização da senóide para as saída de ambos os circuitos, pode-se notar que suas tensões se somam, totalizando aproximadamente +10V.
Fig.
LISTA DE COMPONENTES
Item (^) Descrição do componente eletrônico ou peça
01 Resistor 1K ou 1K2, 1/8 watts 02 Led, 5mm, vermelho com porta-led rosqueado. 04 Diodo retificador, 1N 05 Capacitor eletrolítico, 1000uF, 25V, radial 06 Capacitor de cerâmico, 100 nF 07 Capacitor eletrolítico, 100uF, 16V 08 CI regulador, 7805, 1A 09 CI regulador, 7905, 1A Tab.
Componentes adionais para a montagem:
13 Caixa para montagem, metálica com tamanho suficiente para caber a placa e o transformador 14 Bornes para fixação na caixa (01 Azul, 01Verde e 01Branco) 16 Chave on-off, a ser fixada na caixa 17 Porta fusível a ser fixado na caixa, com fusível de 500 mA 18 Cabo de força duplo, para montagem (4m) 19 Parafusos e porcas para fixação do transformador e da placa 21 Placa de fenolite face simples, mínimo 10x10 cm 22 250g de percloreto de ferro para corrosão da placa 23 Caneta para circuito impresso 24 Furador manual ou furadeira com bloca fina (máximo 0,8 mm) 25 Bombril (uma caixa) / parafusos 26 Transformador 127 VCA, saídas +12, -12 e terra (center tap), 500mA. 27 ferramentas: ferro de solda, solda, multímetro, furadeira, etc. Tab.