Atividades Praticas Supervisionadas - Fonte de tensão

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C2154I9 LUIS FELIPE DE ALMEIDA EE5P18
B995IF9 JOSE ROBERTO MORAES ALMEIDA EE5P18
C3404D7 FELIPE ZANINI DE A PAULINO EE4P18
C0401I2 WELLINGTON R. GOMES PENETRA EE5P18
ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS
PROTÓTIPO DE FONTE DE TENSÃO
RIBEIRÃO PRETO
2016
I - Introdução
No mundo atual todos os dispositivos eletro-eletrônicos necessitam de energia elétrica para 
funcionarem. Há dispositivos que podem ser alimentados por corrente alternada e os que necessitam 
de corrente continua. Por regra todo dispositivo que possua um circuito eletronico necessita de 
corrente continua, que pode ser fornecida por pilhas ou baterias ou então por uma fonte de tensão de 
corrente continua. Grande parte dos dispositivos eletrônicos (como rádios, TV, aparelhos de som, etc) 
possuem uma fonte interna que converte a tensão da rede de 110v ou 220v alternada em corrente 
continua com uma tensão mais baixa adequada ao circuito em questão.
Quando se projeta uma fonte para determinado circuito alguns pontos devem ser levados em 
questão como:
- A tensão de entrada - 110v, 220v, universal (de 90v até 240v);
- A tensão de saída;
- A corrente de trabalho de saída;
- A estabilidade da fonte (emprego de componentes mais críticos com mais qualidade);
- Proteção contra curto circuito.
II - Objetivos
Neste trabalho apresentamos o projeto de uma fonte de tensão que deva fornecer uma 
corrente de pelo menos 1A. Optamos também em não utilizar uma tensão de saída fixa mas sim 
empregar uma saída ajustável, para tornar o uso da fonte mais versátil e poder analisar o 
comportamento do regulador de tensão ajustável LM317 (Esta modificação no plano da APS original 
foi discutido com o Prof. responsável pelo trabalho o qual concordou).
III - Metodologia
Inicialmente partimos de um projeto simples de fonte para chegar ao projeto final. A figura 01 
descreve o circuito da fonte inicial para fornecer a tensão e corrente necessárias para o regulador de 
tensão funcionar corretamente.
 A tensão de rede vai para o enrolamento primário do transformador, este transfere por indução 
magnética a corrente para o secundário. A relação correta entre primário e secundário fornece a 
tensão e corrente necessárias para a próxima etapa.
Para nosso projeto, o regulador necessita de pelo menos 3V acima da tensão de saída para 
funcionar adequadamente. Como a tensão máxima do regulador será de 12V precisariamos então de 
pelo menos 15V na entrada.
Então, calculando os valores teremos: Trafo com primário de 110v e secundário de 
aproximadamente 23,1v pico a pico. Convertendo para valor eficaz temos 23,1v / raíz de 2 = 16,4v. Ao 
passar pelo retificador do tipo ponte, contendo 4 diodos, a corrente alternada se transforma para 
corrente continua pulsante porém perde-se 1,4v inerentes a junção dos diodos. Ao utilizar o capacitor 
para eliminar o ripple, podemos constatar a tensão de 15V em corrente contínua.
Tensão máxima
de saída após
o regulador
12V
Tensão
retificada
15V
Tensão eficaz
antes do retificador
16,4V
Tensão pico a pico
no secundário
23,1V
Abaixo na figura 02 temos o esquema completo de nosso projeto.
Explicação detalhada de cada componente da fonte:
Na entrada de tensão da rede temos o fusível de proteção calculado com a corrente do 
secundário. Quando a corrente ultrapassar 2A no secundário, pela rasão do primário o fusível atingirá 
0,15A no primário fazendo este se abrir. Outra função do fusível é de trabalhar em conjunto com um 
varistor de 300V ligado em série. O varistor é um resistor o qual muda sua resistencia em função da 
tensão entre seus terminais. Quanto maior a tensão, menor será a resistencia. Na figura 03 temos o 
comportamento em gráfico deste componente comparado com um resistor comum.
Quando surgem surtos na rede, a tensão sobe muito podendo danificar o equipamento. 
Utilizando esta técnica de combinação com o fusível em série com o varistor ocorre uma proteção 
contra estes picos de sobretensão. Quando a tensão subir atingindo proximo a 300V a resistencia 
baixa a um nível o qual a corrente no fusível chega no seu limite fazendo este se abrir.
Em paralelo com a tensão de rede temos um capacitor de 100nF, atuando como filtro de rede, 
eliminando frequências altas que acompanham as linhas de distribução de energia elétrica e também 
removendo outras interferencias que surgem na rede.
A chave liga/desliga possui dois polos para isolar completamente a fonte da rede elétrica.
Existe uma segunda chave que seleciona a fonte para trabalhar com a tensão de 110v ou 220v. 
Esta chave comuta os dois enrolamentos primários do transformador, fazendo eles trabalharem em 
paralelo para 110v ou em série para 220v conforme o esquema da figura 02.
O transformador esta dimensionado para fornecer 1,5A no secundário e uma tensão de 24v 
pico a pico, ideal para o uso neste projeto. O funcionamento se da por indução magnética entre o 
primário e o secundário, isolando o secundário totalmente da rede elétrica e fornecendo a tensão ideal 
devido a relação de espiras entre os dois enrolamentos. O núcleo do transformador é formado por 
ferrosilício, que é um material que da eficiencia ao transformador, fazendo este ser menor e com maior 
capacidade de transferir calor da perda para o ambiente.
A retiicação é feita por 4 diodos ligados em ponte. Escolhemos diodos de 2A para fornecer uma 
corrente adequada. Em testes feitos com diodos de 1A (1N4002) houve um desvio de tensão 
significativo próximo a 1A de carga. Na figura 04 podemos observar o comportamento da corrente na 
retificação pela ponte.
3000uF
35V
100nF
250V
100uF
25V
100nF
250V
LM317
10nF
250V
10nF
250V
10nF
250V
10nF
250V
4X RL205
100nF
600V300V
0,1A - 220V
0,15A - 110V 2P2P
AC
110/220v
P
R
IM
Á
R
IO
 1
1
0
/2
2
0
V
S
E
C
U
N
D
Á
R
IO
 2
4
V
 / 1
,5
A
3 2
1
5k
10k
240R
2P1P
Fig 02
Fig 03
I(A)
U(V)
varistor
resistor
300v
Os capacitores de 10nF ligados em paralelo em cada diodo servem para eliminar sinais de alta 
frequência oriundos de sinais de TV, rádio, lâmpadas fluorescentes e outros dispositivos eletronicos 
os quais não foram barrados pelo capacitor de 100nF na entrada de rede.
O capacitor de 3000uF atenua a tensão de ripple e deixa a corrente pulsante próxima a 
corrente contínua ideal, com uma ondulação de ripple em 5%. Abaixo o cálculo do valor do capacitor. 
Como regra de uso deve-se adotar a tensão do capacitor sempre proximo ao dobro da tensão que 
está passando por ele.
Próximo ao regulador LM317 existe um capacitor de 100nF e um resistor de 240ohm. São 
componentes com valor pedido no datasheet do regulador, não sendo necessário cálculos para o uso. 
Temos um potenciômetro de 5k ohm que ajusta o LM317 desde a tensão mínima até a tensão máxima 
de trabalho. Em testes a tensão máxima extrapola a faixa de saída de nosso projeto, por isso 
colocamos um trimpot de 10k ohm para fixar a tensão máxima de saída da fonte em 12V.
O regulador LM317 fornece uma saída de 1,5A com tensão que varia de 1,25V até 25V. Abaixo 
o cálculo fornecido pelo datasheet para estabelecer a tensão de saída.
Foi empregado um dissipador de aluminio de 8x4cm para arrefecer o componente e deixar na 
temperatura de trabalho adequada.
Os dois capacitores na saída do regulador são empregados para eliminar ruídos de baixa e alta 
frequência vindos do próprio regulador.
Empregamos o uso de um voltímetro e de um amperímetro na saída da fonte o qual se 
mostraram bastante convenientes e satisfatóriamente precisos nos testes realizados.
Todo o circuito foi montado e fixado dentro de um gabinete em chapa de aço e este foi aterrado 
no negativoda fonte para formar uma gaiola farádica, isolando todos os componentes da fonte de 
interferências externas. 
Fig 04
Vr = 2,4 x V
(RL) x C
C = 2,4 x V
(RL) x Vr
C = 2,4 x 16,4
0,0164 x 0,82
C = 2926,8uF C = 3000uF x 35v
(Valor comercial)
Vs = 1,25V 1+ + Iadj x R2
R2
R1
R1 - 240 ohm
R2 - Potenciometro de ajuste (5k ohm)
IV - Etapas de montagem
Abaixo temos imagens das etapas de montagem da fonte.
Prototipando Dobra e furação da chapa
de aço
Acondicionando os indicadores
e interruptores no painél
Furação da tampa para
convecção de ar
Gabinete fechado Interior do gabinete
Furação da placa
Esquema da placa Fazendo as trilhas Corrosão da placa
com percloreto férrico
Fonte prontaDetalhe traseiroPlaca pronta fixada
no interior da fonte
V - Testes
Primeiro teste de carga da fonte pronta. Teste em 5V com RL de 10ohm (9,8ohm).
Teórica:
I = 5v
10ohm
I = 500mA
Prática:
I = 4,95v
9,8ohm
I = 505mA
Segundo teste de carga da fonte pronta. Teste em 10V com RL de 10ohm (9,8ohm).
(queda de 0,03V)
(queda de 0,27V)
Teórica:
I = 10v
10ohm
I = 1A
Prática:
I = 10,07v
9,8ohm
I = 1,02A
VI - Conclusões
Realizamos um “Burn-In” da fonte que consiste em testes de stress simulando condições reais 
de uso, como cargas diferentes ligadas por várias horas, diferentes temperaturas de ambiente, 
simulação de falhas como curto circuito, surtos de rede (capacitor carregado com 300V e ligado na 
entrada de rede da fonte). Todos esses testes e mais os testes prévios realizados mostraram que este 
projeto é viável, estável e bastante robusto, sendo interessante seu uso como fonte de bancada 
simples.
Por possuir saida de tensão variável a fonte se adequa em diversos usos como rádios, 
brinquedos, carregadores de bateria, etc, e mesmo com o uso em bancada para testar e calibrar 
outros equipamentos até 1A.
VII - Lista de materiais
VIII - Bibliografia
Conector AC 3 Polos c/ encaixe p/ fusível 1 R$5,00
Fusível 0,15A 1 R$1,50
Varistor 300V - S20K300 1 R$2,00
Chave 2 polos uma posição 1 R$3,50
Chave HH - 2 polos duas posições 1 R$2,00
Trafo 110/220v primário e 24v secundário 1 R$45,00
Amperímetrode embutir 1A 1 R$25,00
Voltímetro de embutir 0 a 15V 1 R$22,00
Borne de conexão rápida 2 R$3,00
Potenciometro LIN 5k 1 R$2,50
Trimpot 10k 1 R$1,00
Diodo Rl205 - 2A x 500v 4 R$0,60
Integrado Lm317 1 R$3,80
Resistor 240ohm 1 R$0,10
Capacitor poliester 100nF x 600v 1 R$0,80
Capacitor cerâmico 10nF x 250v 4 R$0,25
Capacitor eletrolítico 3000uF x 35v 1 R$6,50
Capacitor eletrolítico 100uF x 25v 1 R$1,00
Capacitor cerâmico 100nF x 250v 1 R$0,30
Parafusos 25x4mm com porcas 10 R$0,20
Chapa de aço de 0,8mm 1 R$1,00
Spray marrom metálico 1 R$12,00
R$146,40TOTAL
VIII - Bibliografia
http://www.cpdee.ufmg.br/~earaujo/Aula02_Diodos_retificadores.pdf
www.wikipedia.com
www.alldatasheet.com
Componente Quantidade Valor Unit.
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