Projeto Fonte de Alimentação e Controlador de Motor CC IF SC

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IFSC - Instituto Federal de Santa Catarina 
 Campus Joinville 
 
 
 
 
Curso Técnico em Eletroeletrônica – Disciplina Eletrônica Geral I 
 
 
 
 
 
 
 
 
Projeto: Fonte de Alimentação e Controlador de Motor CC 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Adriano Rossetti 
Marco Antonio Ramos 
 
 
 
Prof. Carlos Toshiyuki Matsumi 
 
 
 
Joinville 
Junho de 2011 
 
2 
 
Sumário 
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 4 
2. DESCRIÇÃO DO PROJETO .................................................................................................................... 5 
2.1 – FONTE DE ALIMENTAÇÃO ............................................................................................................. 5 
2.2 – CIRCULAÇÃO DA CORRENTE NO CIRCUITO ................................................................................. 6 
2.3 – FILTRO CAPACITIVO ..................................................................................................................... 7 
2.4 – REGULADORES DE TENSÃO (FAMÍLIA 78XX) .............................................................................. 8 
2.5 – CONTROLADOR DE MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA (CC) ...................................................... 9 
3. CÁLCULOS DO PROJETO .................................................................................................................... 10 
3.1 – VALORES DE TENSÃO DO TRANSFORMADOR ............................................................................ 10 
3.2 – VALOR DO RESISTOR DO TRANSISTOR ...................................................................................... 11 
4. SIMULAÇÃO DO PROJETO ................................................................................................................. 12 
4.1 – MONTAGEM DO CIRCUITO EM PROTO BOARD ........................................................................... 12 
4.2 – FUNCIONAMENTO E FORMAS DE ONDA DA FONTE DE ALIMENTAÇÃO ..................................... 12 
4.3 – FUNCIONAMENTO E MEDIÇÕES DO CONTROLADOR DO MOTOR CC ........................................ 16 
5. CONFECÇÃO DO PROTÓTIPO ............................................................................................................ 18 
5.1 – PROJETO DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO (PCI) ................................................................. 18 
5.2 – PREPARAÇÃO DA PCI ................................................................................................................ 18 
5.3 – MONTAGEM E INSERÇÃO DOS COMPONENTES........................................................................... 20 
6. AVALIAÇÃO DO PROTÓTIPO ............................................................................................................. 21 
6.1 – PROJETO DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO (PCI) ................................................................. 21 
6.2 – APRESENTAÇÃO DA PLACA EM FUNCIONAMENTO .................................................................... 23 
6.3 – FORMA DE ONDA DO CAPACITOR .............................................................................................. 23 
6.4 – FORMA DE ONDA DO CIRCUITO INTEGRADO ............................................................................. 24 
7. LISTA DE MATERIAIS ......................................................................................................................... 26 
8. CONCLUSÃO ..................................................................................................................................... 27 
9. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................... 28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
Índice de Ilustrações 
 
Figura 1 – Diagrama de Bloco ............................................................................................................. 4 
Figura 2 – Circuito da Fonte de Alimentação ..................................................................................... 5 
Figura 3 – Formas de Onda 1 ............................................................................................................. 5 
Figura 4 - Formas de Onda 2 .............................................................................................................. 5 
Figura 5 – Semi Ciclo Positivo ............................................................................................................. 6 
Figura 6 – Semi Ciclo Negativo ........................................................................................................... 6 
Figura 7 – Filtro Capacitivo ................................................................................................................. 7 
Figura 8 – Forma de onda de Filtro Capacitivo .................................................................................. 7 
Figura 9 – Regulador de Tensão LM78XX ........................................................................................... 8 
Figura 10 – Circuito do Controlador do Motor CC (Cooler) ............................................................... 9 
Figura 11 – Fonte e Controlador no Protoboard .............................................................................. 12 
Figura 12 – Simulação do Circuito .................................................................................................... 13 
Figura 13 – Forma de Onda na entrada da fonte ............................................................................. 13 
Figura 14 – Forma de onda dos capacitores 1 ................................................................................. 14 
Figura 15 – Forma de onda dos capacitores 2 ................................................................................. 14 
Figura 16 – Forma de onda do regulador 1 ...................................................................................... 15 
Figura 17 – Forma de onda do regulador 2 ...................................................................................... 15 
Figura 18 – Teste de tensão em repouso ......................................................................................... 16 
Figura 19 – Teste de tensão mínima ................................................................................................ 16 
Figura 20 – Teste de tensão normal ................................................................................................. 17 
Figura 21 – Teste de tensão máxima ................................................................................................ 17 
Figura 22 – Impressão da PCI (Colorida) .......................................................................................... 18 
Figura 23 – Impressão da PCI (Preto e Branco) ................................................................................ 18 
Figura 24 – PCI impressa .................................................................................................................. 19 
Figura 25 – PCI concluída ................................................................................................................. 19 
Figura 26 – Montagem da Placa (Vista Superior) ............................................................................. 20 
Figura 27 – Montagem da Placa (Vista Inferior)............................................................................... 20 
Figura 28 – Teste final com tensão inferior (repouso) ..................................................................... 21 
Figura 29 – Teste final com tensão mínima ..................................................................................... 21Figura 30 – Teste final com tensão normal ...................................................................................... 22 
Figura 31 – Teste final com tensão máxima ..................................................................................... 22 
Figura 32 – Versão final do projeto .................................................................................................. 23 
Figura 33 – Forma de Onda do capacitor ......................................................................................... 23 
Figura 34 – Forma de onda do CI LM555 - Repouso ........................................................................ 24 
Figura 35 – Forma de onda do CI LM555 - Inicial ............................................................................. 24 
Figura 36 – Forma de onda do CI LM555 - Normal .......................................................................... 25 
Figura 37 – Forma de onda do CI LM555 - Máxima ......................................................................... 25 
 
4 
 
1. Introdução 
 
O presente projeto tem como objetivo demonstrar os conhecimentos adquiridos 
na disciplina Eletrônica Geral I na utilização de diodos como retificadores de onda 
(retificador de meia onda ou onda completa) a partir de fontes de corrente 
alternada. 
Visa também abordar os aspectos teóricos e práticos para a confecção de uma 
fonte de alimentação de corrente contínua (CC), utilizando como entrada um 
transformador de corrente alternada. 
No estágio final do projeto a preparação de um circuito controlador para um motor 
de corrente contínua (CC), conforme diagrama de bloco abaixo. 
 
 
Figura 1 – Diagrama de Bloco 
 
2. Descrição do projeto 
 
2.1 – Fonte de Alimentação
 
Será utilizado um transformador com TAP central como 
tendo este tensão nominal 
tensão de saída também 
500mA. 
Para o experimento será utilizado apenas um dos TAP, logo propomos um circuito 
retificador de meia onda 
12V220V
1N4007
1N4007
A utilização dos diodos tem por objetivo retificar ou corrigir o semi ciclo negativo 
apresentado na Corrente Alternada, permitindo que tenhamos apenas ondas no 
semi ciclo positivo. 
Fonte: 
Fonte: http://www.newtoncbraga.com.br
Descrição do projeto 
Fonte de Alimentação 
transformador com TAP central como fonte de alimentação
nominal de entrada de 220V em Corrente Alternada 
também alternada de +12V e -12V e corrente de saída de 
Para o experimento será utilizado apenas um dos TAP, logo propomos um circuito 
 tendo como base dois diodos 1N4007. 
LM 7812
LM 7912
1N4007
1N4007
C1
C1 C2
C2
C3
C3
Figura 2 – Circuito da Fonte de Alimentação 
utilização dos diodos tem por objetivo retificar ou corrigir o semi ciclo negativo 
apresentado na Corrente Alternada, permitindo que tenhamos apenas ondas no 
Figura 3 – Formas de Onda 1 
Fonte: Wikipedia – Retificador de Meia Onda 
Figura 4 - Formas de Onda 2 
http://www.newtoncbraga.com.br – Retificador de Meia Onda
5 
fonte de alimentação, 
em Corrente Alternada (CA) e 
e corrente de saída de 
Para o experimento será utilizado apenas um dos TAP, logo propomos um circuito 
VCC +
VCC -
GND
I Saída = 500mA
I Saída = 500mA 
utilização dos diodos tem por objetivo retificar ou corrigir o semi ciclo negativo 
apresentado na Corrente Alternada, permitindo que tenhamos apenas ondas no 
 
 
Retificador de Meia Onda 
6 
 
2.2 – Circulação da Corrente no Circuito 
 
A colocação dos diodos na fonte determinam a forma da circulação da 
corrente eletrétrica no circuito. Abaixo representa-se a circulação da corrente 
nos semi ciclos positivo e negativo. 
 
Semi-ciclo Positivo 
LM 7812
LM 7912
VCC +
VCC -
GND
12V220V
1N4007
1N4007
I Saída = 500mA
I Saída = 500mA
C1
C1 C2
C2
C3
C3
 
Figura 5 – Semi Ciclo Positivo 
 
Semi-ciclo Negativo 
LM 7812
LM 7912
VCC +
VCC -
GND
12V220V
1N4007
1N4007
I Saída = 500mA
I Saída = 500mA
C1
C1 C2
C2
C3
C3
 
Figura 6 – Semi Ciclo Negativo 
 
 
 
 
 
7 
 
2.3 – Filtro Capacitivo 
 
A compensação de tensão será feita pela utilização de capacitores que irão 
manter o forma de onde dentro de uma certa continuidade, transformando uma 
tensão pulsante em Tensão contínua ou que tenha menor variação. 
A variação entre as tensões máxima (Vmax) e mínima (Vmin) é chamada de 
Tensão de Ondulação ou Tensão de Ripple. 
 
 
Figura 7 – Filtro Capacitivo 
Fonte: Eletronica 24H - Formas de onda de entrada (azul) e saída (vermelho) 
 
 
Figura 8 – Forma de onda de Filtro Capacitivo 
 
8 
 
2.4 – Reguladores de Tensão (Família 78XX) 
 
No projeto da fonte serão utilizadas as famílias de reguladores de tensão 78XX e 
79XX, respectivamente para tensões positivas e negativas. 
A principal função é estabilizar ou regular a tensão de saída em um valor fixo 
conforme sua configuração, exemplo 5V, 12V e 15V. 
O regulador tem a necessidade de alimentação de tensão maior ou igual à tensão 
de saída mais o valor da tensão consumida pelo próprio regulador, no caso do 
regulador de 12V de saída a tensão mínima de entrada requerida por datasheet é 
de 14.5V. 
Também se determina pelo datasheet os capacitores a serem utilizados nas 
posições C1 = 0,33uF ou 330nF e C0 = 0,1uF ou 100nF, os quais são dados no 
circuito do projeto como capacitores C2 e C3 respectivamente. 
 
 
 
Figura 9 – Regulador de Tensão LM78XX 
 
Fonte: www.DatasheetCatalog.com – Regulador LM78XX (KA78XX, MC78XX) Fairchild 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
2.5 – Controlador de Motor de Corrente Contínua (CC) 
 
Para representar o motor de corrente continua será utilizado um cooler de 12V e 
190mA. Esta carga será acionada pelo circuito controlador que é composto pelo 
circuito abaixo: 
 
 
Figura 10 – Circuito do Controlador do Motor CC (Cooler) 
 
A fonte de alimentação criada na primeira parte do projeto usando o regulador 
LM7812 poderá providenciar a tensão continua da 12V positiva requeria pelo 
controlador do motor acima. 
Este projeto tem como base o Circuito Integrado LM555 que tem a função de 
controlar a velocidade do motor conforme a variação de tensão regulada por um 
potenciômetro. 
Utiliza também um transistor bipolar que tem a função de chavear o acionamento 
do motor também de acordo com a tensão no mesmo. 
 
10 
 
3. Cálculos do Projeto 
 
3.1 – Valores de Tensão do Transformador 
Utilizaram-se as fórmulas a seguir para determinar o valor das tensões no 
transformador: 
VP = Vef . √2 
� = �
 . √
 = ��, ��
 
Os valores a seguir são dados pelo datasheet dos reguladores LM78XX: 
- Capacitor (C1): Cálculo abaixo 
- Capacitor (C2): Dado pelo datasheet = 0,33uF ou 330nF 
- Capacitor (C3): Dado pelo datasheet = 0,10uF ou 100nF 
Transformador: 12V 
Vmin = 14,8V (Dado no Datasheet do Regulador de Tensão LM7812) 
 
Vmax = VP − Vd 
Vmax = 16,97 – 0,7 
Vmax = 16,27V 
 
Vrev = −VP + Vd 
Vrev = -16,97 + 0,7 
Vrev = -16,27V 
 
Vmed = �Vmax + Vmin�/2 
Vmed = (16,97 + 14,8) / 2 
Vmed = 15,54V 
 
Vr = �Vmax − Vmin� 
Vr = (16,97 - 14,8) 
Vr = 1,47V 
11 
 
 
RL = �Vmed/Iout� 
RL = (15,54 / 0,5) 
RL = 31,08V 
 
C = Vmed/�f x RL x Vr� 
C = 15,54 / (60 x 31,08 x 1,47) 
C = 5,67mF ou 5670uF 
 
3.2 – Valor do Resistor do Transistor 
Utilizaram-se as fórmulas a seguir para determinar o valor da resistência, 
considerando a tensão mínima na base do TIP120 como Bmin = 1000, VCE = 3V, 
VBE = 0,7V e IC = 3A, dados estes extraídos do datasheet, sendo a corrente do 
motor do cooler de 190mA e Vout = Vcc (pino 3 LM555, figura 10):βsat = ( 110+ x Bmin 
β sat = - ../0 x 1000 
1234 = 100 
 
56789 = 5:789βsat 
 
56789 = 190 < 10
=>
100 
?@ABC = �, �DE 
 
FG = HIJ9 − HGK5G789 
FG = 12 − 0,71,9 < 10=> 
RB = 5,95KΩ (valor comercial adotado de 6,8KΩ) 
12 
 
4. Simulação do Projeto 
 
 
4.1 – Montagem do circuito em Proto Board 
 
Utilizando a matriz de contato (Proto Board) foi feita a inserção dos componentes 
conforme o esquema apresentado anteriormente, estando à direita a Fonte de 
Alimentação e à esquerda o Controlador do Motor CC. 
 
Fonte
Controlador
 
Figura 11 – Fonte e Controlador no Protoboard 
 
4.2 – Funcionamento e Formas de Onda da Fonte de Alimentação 
 
Ao ligar o circuito na rede re alimentação 220V, foi possível verificar as formas de 
onda na entrada da fonte, visto como secundário do transformador na forma de 
uma onda senoidal considerando que houve apenas a transformação da tensão 
alternada de 220V do primário para 12V alternado no secundário. 
 
13 
 
 
Figura 12 – Simulação do Circuito 
 
 
Figura 13 – Forma de Onda na entrada da fonte 
 
 
 
14 
 
Na sequência de testes apresenta-se a medição de tensão na sua forma de onda 
contínua em 12V para os capacitores eletrolíticos associados em paralelo, os 
quais representam o Capacitor C1 do circuito. 
 
Figura 14 – Forma de onda dos capacitores 1 
 
 
Figura 15 – Forma de onda dos capacitores 2 
 
 
15 
 
Abaixo é apresentada a medição da tensão de saída do regulador de tensão, com 
valor fixo em 12V, conforme sua especificação. 
 
Figura 16 – Forma de onda do regulador 1 
 
 
Figura 17 – Forma de onda do regulador 2 
 
16 
 
4.3 – Funcionamento e Medições do Controlador do Motor CC 
Considerando a conclusão do experimento da fonte de alimentação regulada, 
passamos para a próxima etapa de testes, agora no circuito do controlador, sendo 
este já alimentado pela própria fonte da parte inicial deste trabalho. 
A medição foi realizada em quatro estágios, sendo: 
1º Estágio: Em repouso, tensão inferior a necessária para o acionamento. 
 
Figura 18 – Teste de tensão em repouso 
2º Estágio: Tensão suficiente de funcionamento, mas com rotação baixa. 
 
Figura 19 – Teste de tensão mínima 
17 
 
3º Estágio: Com a tensão de 8,26V percebemos o funcionamento normal e com 
boa rotação do motor. 
 
Figura 20 – Teste de tensão normal 
4º Estágio: Tensão máxima observada no multímetro de foi de 11,14V a qual 
permitiu plena funcionalidade do motor. 
 
Figura 21 – Teste de tensão máxima 
 
 
18 
 
5. Confecção do Protótipo 
 
 
5.1 – Projeto da Placa de Circuito Impresso (PCI) 
Baseado no circuito apresentado, foi utilizado o software Trax Maker para a 
preparação do desenho do mesmo. 
 
Figura 22 – Impressão da PCI (Colorida) 
 
Figura 23 – Impressão da PCI (Preto e Branco) 
 
5.2 – Preparação da PCI 
Foi feita impressão da PCI em toner e papel plastificado o qual permite transferir 
para placa de fenolite com face revestida de cobre a impressão. 
A informação impressa se refere ao layer das trilhas, ilhas e identificações e 
bordas para que não haja possibilidade de curto circuito. 
Após a impressão o papel plastificado foi colocado com a parte impressa do toner 
com a face de cobre a placa de fenolite e colocada em uma prensa térmica por 
cerca de 2 minutos e trinta segundos. No término deste período o toner 
desprende-se do papel e é fixado na placa, conforme figura a seguir. 
19 
 
 
Figura 24 – PCI impressa 
No passo seguinte a Placa de Circuito Impresso foi colocada em banho de Ácido 
Percloreto de Ferro, o qual corroeu a parte do cobre desprotegida pelo toner, 
formando assim as trilhas de cobre. 
Após ser retirada do banho ácido a placa foi lavada e limpa com palha de aço 
para remover a proteção do toner e finalizar o processo. 
Na etapa seguinte a placa foi perfurada, com broca de espessura 0,8mm em 
todas as previsões de ilhas, conforme figura a seguir. 
 
 Figura 25 – PCI concluída 
20 
 
5.3 – Montagem e inserção dos componentes 
Os componentes eletrônicos foram soldados na placa iniciando-se pelos 
componentes com perfil mais baixos, com resistores e diodos até os componentes 
com maior altura como os capacitores eletrolíticos. Este procedimento permite 
soldar os componentes com maior facilidade de manuseio da placa e melhor 
fixação dos componentes. 
Os terminais inseridos na parte superior da placa e os terminais voltados para a 
face com as trilhas de cobre para sua fixação com estanho no processo de 
soldagem. Abaixo foto da vista superior e inferior da placa. 
 
Figura 26 – Montagem da Placa (Vista Superior) 
 
Figura 27 – Montagem da Placa (Vista Inferior) 
21 
 
6. Avaliação do Protótipo 
 
 
6.1 – Projeto da Placa de Circuito Impresso (PCI) 
Assim como na fase de simulação em proto board, a placa foi submetida a 
medições de tensões distintas para avaliar o comportamento em 4 níveis de 
tensão (repouso, mínimo, normal, máximo) por variação no potenciômetro: 
 
Figura 28 – Teste final com tensão inferior (repouso) 
 
 
Figura 29 – Teste final com tensão mínima 
22 
 
 
Figura 30 – Teste final com tensão normal 
 
 
Figura 31 – Teste final com tensão máxima 
 
 
 
 
 
 
23 
 
6.2 – Apresentação da Placa em Funcionamento 
 
Para melhor apresentação do experimento, ambas as placas foram colocadas 
justapostas sobre uma placa de madeira, tendo sido fixado o transformador na 
lateral direita e o motor (cooler) na outra extremidade, conforme imagem a seguir, 
que mostra inclusive o motor em funcionamento: 
 
Figura 32 – Versão final do projeto 
6.3 – Forma de Onda do Capacitor 
 
No experimento, foram medidas as formas de onda em osciloscópio digital, neste 
caso não apresenta freqüência nem período por tratar-se de uma onda contínua: 
 
 Figura 33 – Forma de Onda do capacitor 
24 
 
6.4 – Forma de Onda do Circuito Integrado 
 
Abaixo são apresentadas as variações da forma de onda percebidas pela carga. 
As medidas foram realizadas também em osciloscópio digital a partir do terminal 3 
do Circuito Integrado LM555, neste terminal temos a tensão de saída do 
componente, ajustada pelo potenciômetro: 
 
 
Figura 34 – Forma de onda do CI LM555 - Repouso 
 
 
Figura 35 – Forma de onda do CI LM555 - Inicial 
 
25 
 
 
Figura 36 – Forma de onda do CI LM555 - Normal 
 
 
Figura 37 – Forma de onda do CI LM555 - Máxima 
 
 
 
 
 
 
26 
 
7. Lista de materiais 
 
Para a confecção do projeto da fonte de alimentação e do controlador do motor 
CC foram utilizados os seguintes componentes: 
Lista de Materiais - Fonte 
Unidade Descrição 
1 Transformador 220V / +12-12V 500mA 
1 Placa de Circuito Impresso de Fenolite; 
1 Chapa de madeira 
2 Diodo 4007 
4 Capacitor Eletrolítico 2200uF 50V 
2 Capacitor Eletrolítico 1500uF 50V 
2 Capacitor Poliester 100nF 100V 
2 Capacitor Poliester 330nF 250V 
1 Regulador de Tensão LM7805 
1 Regulador de Tensão LM7905 
5 Conectores 
 
Lista de Materiais - Controlador do Motor 
Unidade Descrição 
1 Potenciômetro 100KOhm 
1 Placa de Circuito Impresso de Fenolite; 
1 Cooler 12Vdc 190mA 
1 Chapa de madeira 
1 Capacitor Cerâmico 10nF 25V 
1 Capacitor Cerâmico 100nF 25V 
2 Resistor 1/4W - 1KOhm 
1 Resistor 1/4W - 5,6KOhm 
1 Resistor 1/4W - 10KOhm 
2 Diodo 4148 
1 Diodo 4007 
1 Transistor TIP120 
1 CI LM555 
5 Conectores 
1 Jumper 
 
27 
 
8. Conclusão 
 
Verificamos que a utilização de diodos tem importante função para a retificação 
da forma onda, permitindo que setransforme uma tensão alternada em contínua, 
juntamente com o uso de capacitores os quais tornam a onda contínua, com 
pequena variação chamada de tensão de oscilação ou ripple. 
Com a aplicação do regulador LM78XX é possível eliminar a tensão de ripple 
fazendo com que a onda de fato fique estabilizada, permitindo fornecer ao circuito 
uma tensão estável. 
Na segunda parte identificou-se a possibilidade de controlar a tensão com o uso 
de um Circuito Integrado (LM555) o qual permite regular a tensão de saída para a 
carga por meio de um potenciômetro. 
A carga também passa a ser acionada por meio de transistor TIP120 que atua 
como chave eletrônica para ligar ou desligar a carga, no caso motor do Cooler, 
que passou a ser acionado com a tensão acima de 3V, conforme descrição do 
datasheet que prevê tensão de pelo menos 3V no coletor e acionamento do 
motor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
9. Bibliografia 
 
 
Wikipedia – Retificador de Meia Onda 
http://www.newtoncbraga.com.br – Retificador de Meia Onda 
Site Eletronica 24H – Formas de onda 
Fairchild - www.DatasheetCatalog.com – Regulador LM78XX (KA78XX, 
MC78XX)