APS 2017 Fonte de Tensão

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UNIVERSIDADE PAULISTA
BRUNO IWANOW – RA: 339748-3
MARCO AURÉLIO ALVES JUNIOR – RA: C1425G-2 
MARSHEL DUARTE DE PAIVA – RA: C61376-2
TIAGO SANTOS SOUSA – RA: C697GD-0
VAGNER DE MARQUES DE SOUZA LOPES – RA: B52GEI-1
VICENTE LOPES DA SILVA NETO – RA: C6687I-5
FONTE DE TENSÃO REGULADA:
FONTE DE TENSÃO -9VDC, 1A
São Paulo
2017
UNIVERSIDADE PAULISTA
BRUNO IWANOW – RA: 339748-3
MARCO AURÉLIO ALVES JUNIOR – RA: C1425G-2 
MARSHEL DUARTE DE PAIVA – RA: C61376-2
TIAGO SANTOS SOUSA – RA: C697GD-0
VAGNER DE MARQUES DE SOUZA LOPES – RA: B52GEI-1
VICENTE LOPES DA SILVA NETO – RA: C6687I-5
FONTE DE TENSÃO REGULADA:
FONTE DE TENSÃO -9VDC, 1A
Trabalho de atividades práticas supervisionadas do 6º semestre de Engenharia Elétrica apresentado a Universidade Paulista – UNIP.
Orientador: Prof. Dr. Marcel Stefan Wagner.
São Paulo
2017
BRUNO IWANOW – RA: 339748-3
MARCO AURÉLIO ALVES JUNIOR – RA: C1425G-2 
MARSHEL DUARTE DE PAIVA – RA: C61376-2
TIAGO SANTOS SOUSA – RA: C697GD-0
VAGNER DE MARQUES DE SOUZA LOPES – RA: B52GEI-1
VICENTE LOPES DA SILVA NETO – RA: C6687I-5
FONTE DE TENSÃO REGULADA:
FONTE DE TENSÃO -9VDC, 1A
Trabalho de atividades práticas supervisionadas do 6º semestre de Engenharia Elétrica apresentado a Universidade Paulista – UNIP.
Orientador: Prof. Dr. Marcel Stefan Wagner.
Apresentado em: _____________________________/____/____
Banca Examinadora
Avaliação: ____________________________/____/____
Prof. Dr. Marcel Stefan Wagner
Universidade Paulista – UNIP
RESUMO
Uma fonte de tensão é um equipamento que é utilizado para fornecer uma tensão específica para um outro equipamento ou componentes em um sistema específico, o projeto aqui desenvolvido foi para uma fonte de tensão regulada negativa para -9VCC e corrente de 1ª, para tanto o mesmo foi dimensionado e construído com um transformador de potencial de 110VCA/12VCA, ponte retificadora, capacitores, diodo zener e regulador de tensão específico para -9VCC.
Palavra chave: fonte de tensão.
ABSTRACT
A voltage source is an equipment that is used to supply a specific voltage to other equipment or components in a specific system, the design developed here was for a negative regulated voltage source for -9VDC and 1A current, for both the same was dimensioned and built with a potential transformer of 110VAC / 12VAC, bridge rectifier, capacitors, zener diode and voltage regulator specific for -9VDC.
Keyword: Voltage Source
SUMÁRIO
– Introdução ___________________________________________________________ 04
– Cálculos Utilizados ____________________________________________________ 05
– Galvanômetro utilizado ______________________________________________ 05
– Cálculo do resistor Shunt _____________________________________________ 05
– Objetivo _____________________________________________________________ 06
– Projeto e Montagem ____________________________________________________ 07
– Materiais Utilizados ____________________________________________________ 07
– Etapas de Construção ___________________________________________________ 07
– Simulações e Testes ____________________________________________________ 12
– Conclusão ____________________________________________________________ 15
– Referências Bibliográficas _______________________________________________ 16
– Artigos da Internet _____________________________________________________ 16
– Objetivo
As Atividades Práticas Supervisionadas (APS) têm o objetivo de aplicar conhecimentos teóricos obtidos nas disciplinas do curso de Engenharia Elétrica em projetos de implementação prática, além de proporcionar aos alunos uma visão sistêmica dos conceitos, promovendo ao aluno a busca por soluções para dificuldades encontradas em desenvolvimento de projetos com protótipos.
Outra meta relaciona-se com a forma de apresentação, buscando adequar os alunos para apresentações formais e desenvoltura em oratórias. Com o trabalho escrito, busca-se aprimorar gradativamente a escrita dos alunos conforme regras da norma culta e formatação de acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).
Desenvolver o protótipo de uma Fonte de Tensão utilizando e aprimorando os conceitos obtidos no curso de Engenharia.
A fonte de tensão deve permitir a entrada de tensão eficaz em 110V+- 10% e saída em tensão regulada em -9VCC, para uma corrente de 1ª, para isto deve se utilizar o CI 7909, que regula a tensão negativa em -9VCC.
Ao desenvolver o projeto da fonte de tensão, deve-se testar e verificar as ocorrências resultantes e verificar quais melhorias podem ser implementadas ao projeto para melhor desempenho.
– Introdução
Fonte: wpclipart.com 2017
A fonte de tensão é um sistema elétrico, que com um transformador de potencial, que realiza a transformação de uma tensão com um determinado valor encontrado em uma rede elétrica, a transforma para uma tensão maior ou menor, conforme as características construtivas e ou necessidade a ser utilizada em um circuito, pois é um elemento de rede ativo destinado a fornecimento de uma determinada Tensão ao circuito. 
Uma fonte de tensão ideal é um dispositivo que em qualquer instante de tempo fornece uma tensão constante e independente da corrente extraída da mesma, possuindo zero homs de resistência interna, praticamente não é possível obter uma fonte de tensão ideal.
Devido a resistência interna existente na fonte, ocorre uma queda de tensão, que faz a tensão obtida nos terminais diminuir. Existem três fatores principais que influenciam no valor de tensão de saída de uma fonte:
Variação de carga: a tensão V0 apresenta um valor máximo quando a saída está sem carga (Ic=0). Quando a saída da fonte é carregada há um aqueda de tensão proporcional de a medida de Ic aumenta.
Variação da linha: A maioria das fontes CC é alimentada por uma fonte de CA, está variação é em torno de 10% de seu valor eficaz, consequentemente a tensão de saída varia nas mesmas proporções.
Variação de temperatura: mudanças de temperatura provocam alterações físicas nos componentes eletro-eletrônicos, principalmente em semicondutores alterando o comportamento das fontes.
– Partes de uma fonte de tensão regulada
Fig.1.3 - Diagrama de blocos de uma fonte de tensão.
- Transformador: Adapta as tensões da rede as necessidades da fonte.
- Retificador: Transforma a tensão alternada em pulsante unidirecional. Os mais utilizados são os retificadores de onda completa.
- Filtro: Reduz o conteúdo de harmônicos na saída do retificador, proporcionando uma tensão mais pura. Os mais utilizados são os filtros capacitivos.
- Regulador: Mantém a tensão de saída fixa mesmo com variações de corrente na carga, da tensão de linha e temperatura. 
A partir da década de 60, as fontes de tensão começaram a serem produzidas com a incorporação de circuitos integrados, que possuem a vantagem de terem vários circuitos de um regulador em uma única pastilha.
Em comparação a outros circuitos ele possuem a seguintes vantagens:
- São compactos, pequenos e de baixo custo.
- Podem não requerer dissipador ou utilizar de pequenas dimensões.
- São simples de projetar e usar.
- Podem incorporar proteções de corrente, área de operação e temperatura.
- São ideais para regulação em partes específicas em um circuito com muitos componentes.
Os reguladores fixos de tensão possuem uma tensão de regulação de saída pré-definida. As séries de reguladores de tensão positiva de saída possuem diversos valores e são as séries 78xx e 34xx, os reguladores de tensão negativa possuem também diversos valores e são as séries 79xx e 32xx. Dependendo do fabricante do CI e o modelo estes componentes podem fornecer de 100mA a 5A.
 – Desenvolvimento
 – Cálculos Utilizados
Para construção, de uma fonte de tensão -9VCC utiliza-se o CI com as seguintes características, CI LM7909:
Dados:
Tensão na saída: -8,4VCC até -9,4VCC,
Tensões na entrada: -1,5V até -23V
Corrente na saída: 5mA até1A
Potencia na saída: < = 15W
 
– Calculo da Ponte Retificadora
A ponte retificadora possui a principal função na fonte pois é através dela que a corrente alternada passa a ser continua. Para o calculo da ponte retificadora considera-se uma queda de tensão de 2,8V. Os principais parâmetros a serem considerados em uma ponte retificadora são:
- VRRM (Maximum Repetitive Reverse Voltage) -> Tensão reversa repetitiva máxima.
- IFAV (Average Forward Current) -> Corrente média máxima
Para este projeto:
VRRM > 2 x Vp(secundário) = 24,1V
IFAV > Iout / 2 = 0,5A
– Calculo dos Capacitores
Como na saída de um sistema retificador obtemos corrente continua pulsante, esta corrente não é pura por ser formado por semiciclos, não servindo para alimentar a maioria dos circuitos eletrônicos. Por isso é necessário que esta tensão passe por um processo de filtragem a tornando mais eficiente possível, a maneira mais simples de filtragem é através de utilização de capacitores.
Sendo 30% a variação de ripple deve-se calcular a tensão máxima de ripple:
Umax ripple = Uouttransf.*Vripple
Umax ripple = 12*0,3
Umax ripple = 3,6V
A capacitância é a propriedade que os capacitores tem de armazenar cargas elétricas calcula-se da seguinte forma:
C = Iout/Vrp*f
C = 1/3,6*60
C = 4629uF
– Calculo do Diodo Zener
O diodo Zener pode funcionar polarizado diretamente ou inversamente. Quando está polarizado diretamente, funciona como outro diodo qualquer, não conduz corrente enquanto a tensão aplicada aos seus terminais for inferior a aproximadamente 0,6 Volts no diodo de silício ou 0,3 Volts no diodo de germânio. A partir desta tensão mínima começa a condução elétrica, que inicialmente é pequena mas que aumenta rapidamente, conforme a curva não linear de corrente versus tensão. Por esse fato, a sua tensão de condução não é única, sendo considerada dentro da faixa de 0,6 a 0,7 Volts para o diodo de silício. O diodo Zener pode ser utilizado com fonte de ruído branco quando operando na sua região de ruptura.
Devido a esta característica, os diodos Zener são frequentemente usados como reguladores de
tensão. Por exemplo, no diagrama de circuito:
Considerando o valor Vzener em valor absoluto.
VZ = 9 + 1,2 = 10,2V
– Calculo do Transformador de Potencial
Ao aplicar uma tensão alternada no enrolamento primário do transformador, surgirá uma corrente alternada que percorrerá todo o enrolamento. Através dessa corrente estabelece-se um campo magnético no núcleo de ferro, esse por sua vez sofre várias flutuações e, consequentemente, surge um fluxo magnético que é induzido na bobina secundária.
Vmax = 13,8+(13,8*0,0288) = 14,17V
Vp(sec.) = 14,17+(4*0,7) = 15,14V
Vrms(sec.) = 16,97/raiz(2) = 11,99V
– Calculo do fusível de proteção
A função do fusível num circuito pode ser comparada a do elo mais fraco de uma corrente. Se um esforço excessivo for aplicado à corrente ela arrebenta justamente neste elo que está numa posição conhecida, sendo fácil de ser substituído.
Nos circuitos eletrônicos, os fusíveis são ligados em série de modo a terem uma função de proteção.
If = 9/9*1,3 = 1,3A
Onde:
IT = corrente total de fundo de escala que você quer medir;
IG = corrente de fundo de escala do galvanômetro;
IS = corrente que é desviada para a resistência shunt (RS);
RG = resistência interna do galvanômetro;
RS = resistência do resistor shunt.
Como possuímos um galvanômetro de 607 Ohms utilizaremos um resistor shunt de 1,35 Ohms, pois estamos desenvolvendo um amperímetro com fundo de escala de 100mA. Porém como não foi possível encontrar um resistor shunt com esta característica fizemos uma associação de resistores em série e paralelo, para termos um valor ôhmico mais aproximado possível que fosse equivalente a 1,35 Ohms. Então utilizamos 2 resistores de 2,2 ohms associados em paralelo, somando 1,1 Ohms, e interligados em série com 4 resistores de 1 ohm ligados entre si em paralelo, somando 0,25 Ohms.
– Projeto e Montagem
– Materiais Utilizados
Para a construção da fonte de tensão regulada, utilizou- se os seguintes materiais:
	Item
	Descrição
	Quantidade
	Valor Unitário (R$)
	Valor Parcial (R$)
	01
	Regulador de tensão circuito integrado CI LM7909, -9VCC, 1A
	1
	1,20
	1,20
	02
	Capacitor eletrolítico 3300uF, 35V
	2
	4,50
	9,00
	03
	Capacitor eletrolítico 1500uF, 3,5V
	2
	4,00
	8,00
	04
	Fusivel de vidro 1,5A
	1
	0,30
	0,30
	05
	Porta fusivel de vidro pequeno
	1
	1,10
	1,10
	06
	Ponte retificadora 2A, 30V
	1
	3,00
	3,00
	07
	Dissipador de calor perfil em alumínio
	1
	6,00
	6,00
	08
	Conector do tipo banana para medições
	2
	3,70
	7,40
	09
	Pontas de prova
	1 (par)
	7,00
	7,00
	10
	Parafuso rosca soberba, 8x3mm
	3
	0,15
	0,45
	11
	Transformador de potencial, 127/220V:12+12V, 2ª
	1
	40,00
	40,00
	12
	Cabo prolongador com plugue de tomada 2P+T, 3x0,75mm, 1,5m
	1
	7,20
	7,20
	13
	Prensa cabo, 8x8, preto
	1
	0,80
	0,80
	14
	Chave botão liga desliga gangorra, redondo, 6A, 250V
	1
	1,60
	1,60
	15
	Caixa PB-125
	1
	34,50
	34,50
	16
	Pasta Térmica, 10g, branca
	1
	3,50
	3,50
	17
	Placa de fenolite para circuito impresso
	1
	5,00
	5,00
	18
	Percloreto de ferro em pó, para diluição em 1/2 de água
	1
	8,90
	8,90
	
	
	
	Total:
	144,95
– Etapas de Construção
Circuito Elétrico
Desenho do circuito elétrico, necessário para construção da fonte de tensão regulada.
Diagrama do Circuito Impresso
Montagem da placa de circuito impresso:
Impressão da folha de circuito impresso 
Limpar placa de fenolite com esponja de aço, removendo marcas ou tipo de resíduos que esteja na parte de cobre.
Aplicar desenho do circuito impresso na placa de fenolite.
Mergulhar placa de fenolite em solução de Percloreto de Ferro e aguardar 15 minutos.
Limpar placa de circuito impresso lavando-a em agua corrente.
Aplicar diagrama com as posições dos componentes elétricos.
Soldar os componentes eletrônicos na placa de circuito impresso
Fixar Transformador em caixa PB-125 
Fixar placa de circuito impresso
Fixar componentes na parte externa da caixa PB-125
– Simulação e Testes
	Estado da Fonte:
	Carga Aplicada:
	Corrente do Circuito:
	Tensão Medida:
	Desligada
	0W
	0A
	0V
	Ligada
	0W
	0A
	-9V
	Ligada
	9W
	1A
	-9V
	Ligada
	11W
	1,372A
	-8V
	Ligada
	11W
	5A
	-2,2V
A fonte desliga indicando 0V, nos terminais de saída.
Foi obtido com os testes na fonte de tensão regulada os seguintes resultados:
Carga Aplicada: 0W (sem carga) Tensão Medida: -9V
Carga Aplicada: 9W Corrente Medida: -9V 
Carga Aplicada: 10W Tensão Medida: -8V
– Conclusão
Para desenvolvermos um amperímetro com indicação de fundo de escala para 100mA, foi necessário montar um circuito com os resistores de em paralelo e fios de cobre de 0,5mm em série para que fosse possível alcançar a máxima precisão de indicação do galvanômetro, onde, para haver esta medição ele deveria receber apenas uma pequena parcela da corrente elétrica que passaria pelo mesmo.
O amperímetro por ser um equipamento de medição da intensidade da corrente elétrica, é possível utiliza-lo, para as mais diversas analises de correntes de um circuito, onde o mesmo ao ser utilizado, de maneira correta, poderá indicar a corrente que passa por um circuito e então pode-se calcular as proteções necessárias de circuitos para os equipamentos elétricos e a carga que os mesmos utilizam durante o período de trabalho a ser executado.
– Referências Bibliográficas
– Artigos da Internet
Acesso Data: 05/05/2017
http://circuitglobe.com/voltage-source-and-current-source.html#ixzz4xZvGY2Dd
Acesso Data: 05/05/2017
http://alunosonline.uol.com.br/fisica/galvanometro-sua-utilizacao-como-medidor.html
Acesso Data: 12/05/2017
http://fisicaevestibular.com.br/novo/eletricidade/eletrodinamica/galvanometro-como-amperimetro-e-como-voltimetro-ponte-de-wheatstone/BOYLESTAD, Robert, NASHELSKY, Louis - Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. São Paulo:
Prentice Hall do Brasil, 2006.
MSPC. Fontes de Alimentação. Disponível em: <http://www.mspc.eng.br/eletrn/fontes_110.shtml>.
Acesso em: 30 mai. 2013.