Fonte Regulada à Circuito Integrado 78XX ou 79XX

Prévia do material em texto

Faculdade Católica do Tocantins
Engenharia Elétrica
FONTE REGULADA:
A Circuito Integrado 78XX ou 79XX
Derson Lucas. B. de S. Lacerda,
Dhiogo Alves Paixão,
Gabriel Miranda C. Doutor,
Paula Eduarda Barbaresco e
Vinícius Morais Mesquita.
Palmas – TO
2017
Derson Lucas. B. de S. Lacerda,
Dhiogo Alves Paixão,
Gabriel Miranda C. Doutor,
Paula Eduarda Barbaresco e
Vinícius Morais Mesquita.
FONTE REGULADA:
A Circuito Integrado 78XX ou 79XX
Relatório apresentado à disciplina de Eletrônica l como parte dos pré-requisitos para obtenção da aprovação nesta. 
Orientador: Vagner Alves da Silva.
Palmas – TO
2017
RESUMO
Fontes de alimentações se tornaram itens básicos para os aparelhos eletroeletrônicos utilizados atualmente, já que cada um destes carece de energia para fornecer aos seus componentes. Seja em 220V ou 110V, em corrente contínua ou corrente alternada, a regulação de uma fonte é vital para o bom funcionamento desses aparelhos e evitar suas danificações. Nos dispositivos que necessitam de corrente contínua, a transformação desta normalmente é feita por um conjunto que contêm quatro diodos. Antes dessa ponte, é ligado um transformador de potencial para reduzir a tensão proveniente da rede elétrica. Após essa associação de diodos, é colocado ainda um capacitor para funcionar como um filtro, evitando assim variação ou pulsos da corrente contínua. A saída regulada pode ser feita de maneiras distintas. Um tipo bastante comum é através de circuitos integrados, tendo tensão de saída que depende do modelo deste. A construção de uma fonte regulado por esses dispositivos possibilitou a aplicação da teoria na prática, onde uma complementa e comprova a outra.
Palavras-chave: Fonte, corrente, circuito, integrado.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
O projeto tem como objetivo a construção e o funcionamento de uma fonte regulada à circuito integrado com opções de CIs da linha 78xx ou 79xx. Ambos componentes suportam corrente máxima de 1A (ampères). A diferença encontra-se no fato de que os CIs da família 78XX regulam valores de tensão positivo e os 79xx, negativo. As nomenclaturas de cada um desses circuitos integrados indicam qual a sua respectiva tensão de saída. Por exemplo, o CI 7806 possui uma tensão de saída de 6V (volts). 
	CI
	Tensão Máxima de Entrada
	Tensão de Saída
	Corrente Máxima de Saída
	7805
	35V
	5V
	1ª
	7806
	35V
	6V
	1ª
	7809
	35V
	9V
	1ª
	7810
	35V
	10V
	1ª
	7812
	35V
	12V
	1ª
	7815
	35V
	15V
	1ª
	7824
	40V
	24V
	1ª
 Tabela 1: Características de alguns CIs da série 78XX. (WENDLING, 2009)
Vale ressaltar que, para um funcionamento adequado, a tensão mínima de entrada em qualquer circuito integrado que seja da série 78XX deve ser 2V acima da tensão de saída. O modelo 7805, por exemplo, deve ter pelo menos 7V de entrada.
Figura 1: Exemplo de um CI da série 78XX. (Clovis, 2017).
Com esses circuitos integrados funcionando como regulador de tensão, a tensão de saída permanece constante, independentemente de variações que possam ocorrer na tensão de entrada. (WENDLING, 2009). Além disso, usado com essa função, os CIs são mais estáveis e precisos.
Essa série de CIs apresentam uma característica muito interessante e que previne acidentes: possuem proteção interna contra temperaturas elevadas e, além disso, há um limitador de corrente de curto circuito.
Para este projeto, foram escolhidos três CIs de mesma família, porém com tensão de saída diferentes. São eles o 7805, 7809 e 7812. A disposição dos pinos de ligações é igual para todos dessa família.
Figura 2: Pinos de ligação de um CI da série 78XX. Pino 1 é a tensão de entrada, 2 o comum e o 3 de tensão de saída. (WENDLING, 2009).
Como abordado anteriormente, a tensão máxima de entrada nestes CIs deve ser de 35V e a corrente deve ser contínua. Para diminuir a tensão, é utilizado um dos componentes mais famosos no meio da eletrônica: o transformador de potencial (TP).
Figura 3: TP 12+12V com 400mA de corrente. (Unitel, 2017)
Transformador de potencial é um dispositivo com corrente alternada (CA ou AC em inglês) na entrada que reduz a tensão para uma nova, de acordo com o modelo do transformador. Por exemplo, ao entrar uma corrente de 220V, um transformador do modelo 12V+12V abaixará essa tensão de entrada para, no máximo, 24V.
Possui um núcleo que é rodeado por duas bobinas, onde, em uma dessas (bobina primária), entrará a tensão que será transformada. Após ser transformada, a tensão é determinada na outra (bobina secundária). 
Seu funcionamento se baseia nos princípios eletromagnéticos das leis de Faraday e de Lenz porque “ao aplicar uma tensão alternada no enrolamento primário surgirá uma corrente, também 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” (Santos, 2016).
Apesar desse recurso, o transformador de potencial não é capaz de transformar corrente alternada da entrada para contínua na saída. Para exercer essa função, é utilizado diodos em forma de ponte.
Um diodo é composto de cristal semicondutor, seja ele de silício (maioria dos casos) ou de germânio. É utilizado principalmente para essa finalidade: retificar correntes elétricas. A queda de tensão provocada por esse dispositivo é relativamente baixa: 0,7V para o de silício e 0,3V para o de germânio.
Figura 4: Exemplos de diodos reais (Teixeira, 2016).
Esse componente eletrônico permite a passagem de corrente em apenas um sentido. Quando está em polarização reversa, não há passagem de corrente. Isso acontece quando o catodo (polo negativo) está polarizado em direção ao lado positivo da fonte e o anodo (polo positivo) com o lado negativo.
No caso da polarização direta, acontece justamente o oposto: o polo positivo da fonte fica conectado ao lado positivo do diodo (anodo) e o polo negativo com a parte negativa do componente (catodo). Com isso, as cargas elétricas são capazes de atravessar a barreira de potencial (que fica entre o polo positivo e negativo do diodo), ocasionando a passagem de corrente. (Teixeira, 2016).
Normalmente para acontecer a retificação, são usados quatro diodos, onde dois estão polarizados para conduzir (polarização direta) e dois para impedir a passagem da corrente (polarização reversa), formando assim a ponte de diodos.
Porém, a corrente elétrica na saída do diodo apresenta alguns pulsos, o que, em alguns circuitos, podem apresentar alterações no funcionamento. Nesse momento, entra outro dispositivo bem conhecido: o capacitor.
Num circuito com ponte de diodo, o capacitor funciona como uma espécie de filtro. Esse dispositivo diminui a onda proveniente da associação dos diodos, deixando o mais contínuo e sem variação possível.
 
Figura 5: Exemplo de um esquema elétrico contendo ponte de diodo e capacitor. (Bellaver, 2012).
OBJETIVOS 
2.1 Objetivo Geral 
O presente projeto tem por finalidade o desenvolvimento de uma fonte de alimentação com regulação feita a partir de um ou mais circuitos integrados das séries 78XX ou 79XX.
3. DESENVOLVIMENTO
Antes de colocar algo em prática, é de fundamental importância possuir o domínio da parte teórica para, assim, diminuir ao máximo (não eliminar totalmente) a quantidade de erros que podem emperrar o desenvolvimento de algum projeto. Neste presente não foi diferente. Para isso, foi utilizado o programa de simulação de circuitos Proteus Project.
Figura 6: Simulação do circuito no Proteus com saídas desativadas. (Própria Autoria).
 
Figura 7: Simulação do circuito no Proteus com saídas ativadas. (Própria Autoria).
Após pesquisas, verificou-se que uma tensão de 220V é demasiadamente elevadapara um circuito composto por dispositivos como diodos, capacitor, circuito integrados e LEDs. Soma-se isso ao fato desses aparelhos funcionarem em corrente contínua. 
Uma fonte regulada com saída em CC deve, antes de tudo, ter um transformador de potencial para reduzir a tensão que passará pelo circuito. O escolhido para este projeto tem como saída 12+12 V e 400mA de corrente. 
Após receber alimentação da rede elétrica de 220V, a tensão “entra” no transformador e lá é rebaixada para a tensão requerida, nesse caso, 24V. Esse TP foi colado em cima de um pedaço de madeira, com a finalidade de fixa-lo melhor.
Figura 8: Medição da tensão e da forma de onda na entrada da ponte de diodos. (Própria Autoria).
Após ter sua voltagem reduzida, sua saída é de 24V e ainda em corrente alternada. Os dois fios são conectados à uma placa de cobre e a partir desse momento, os fios são ligados à ponte de quatro diodos através de um trilho feito nesta placa.
Figura 9: Medição na saída do TP em um osciloscópio mostra forma de onda senoidal e a corrente ainda alternada. (Própria autoria).
 Um dos fios é ligado entre um diodo positivo e outro negativo e o outro procede dessa mesma forma. Neste momento, acontece a retificação da corrente, passando-a de alternada para contínua. 
Figura 10: Medição na saída da ponte de diodos através do osciloscópio apresenta a forma de onda sem pulsos e a corrente contínua. (Própria Autoria)
Após ser retificada, a saída positiva da ponte de diodo é ligada ao pino positivo do capacitor (de 470µF) e a negativa à parte negativa desse dispositivo. Nesse momento, o capacitor funciona como um filtro evitando possíveis variações que viria a comprometer o circuito. 
Depois disso, o capacitor é ligado com as entradas dos três circuitos integrados: 7805, 7809 e 7812 que apresentam 5V, 9V e 12V de saída, respectivamente. Dos CIs, as saídas são ligadas com três interruptores e outro fio comum é ligado nas saídas da fonte.
Os interruptores recebem em umas das suas entradas a tensão proveniente dos circuitos integrados. Na outra entrada desses dispositivos está ligado o diodo emissor de luz (LED) com seu determinado resistor e cada um com sua cor definida e o fio que levará a tensão de saída da fonte.
Ao ser acionado, o interruptor acende seu respectivo LED, demonstrando assim que a saída está ativa. Nessa fonte, as saídas podem ser utilizadas uma por vez ou também todas juntas. Cada LED representa uma tensão diferente, como mostra a tabela abaixo.
	Cor do LED
	Tensão de Saída
	Azul
	5V
	Amarelo
	9V
	Verde
	12V
Tabela 2: Cores dos LEDs representando cada tensão de saída.
Para cada diodo emissor de luz, foi colocado um resistor, de acordo com sua tensão de entrada. Para o LED azul, a resistência colocada foi de 100Ω. Já para o amarelo, 300 Ω e, por fim, o verde contêm um resistor de 470Ω. Cada um resistor está ligado em seu LED no pino de entrada positiva. Todos esses apresentam 3V de voltagem de entrada.
 
		Figura 11: Saídas desativadas.		 Figura 12: Saídas ativas
		 (Própria autoria) 				 (Própria Autoria)
De maneira resumida, essa fonte possui três saídas que podem ser desativadas ou ativadas a qualquer momento. Ao acionar uma delas, acenderá o LED que a representa, facilitando assim a identificação das tensões de saída, que são 5V, 9V e 12V.
 Neste projeto, é possível utilizar uma, duas ou até as três saídas de uma só vez, ou seja, são saídas independentes. Por fim, para conectá-las a um dispositivo, como um LED ou qualquer aparelho que funcione através de corrente alternada, cada uma dessas tensões possui dois fios: um fase (onde está a corrente elétrica) e um neutro.
Todo esse circuito fora colocado uma caixa de passagem (adaptada) para atender a uma das determinações feita pelo orientador: o local onde ficaria o projeto deveria ter uma parte removível, com finalidade de poder analisar a fonte.
	Item
	Preço
	Caixa de passagem
	R$ 32,00
	Capacitor 470µF
	R$ 0,38
	CI 7805
	R$ 5,00
	CI 7809
	R$ 5,00
	CI 7812
	R$ 5,00
	Diodos Retificadores (4)
	R$ 0,68
	Interruptores (3)
	R$ 12,00
	Placa de Cobre
	R$ 10,00
	Transformador de Potencial 12+12V 400mA
	R$ 24,00
Tabela 3: Preço estimado de cada componente utilizado.
O custo total desse projeto (sem contabilizar frete de produtos comprados pela internet, sem o preço dos diversos jumpers utilizados e outros equipamentos de fixação como cola e solda) foi de cerca de R$ 94,06.
Figura 13: Projeto finalizado. (Própria Autoria)
CONCLUSÃO
Após diversas pesquisas sobre cada componente que seria necessário para a montagem do circuito, foi possível saber quais, onde e como utilizar os dispositivos e também seus respectivos preços.
O circuito inicialmente foi desenhado para não ocorrer erros na montagem. Após a tensão chegar no transformador de potencial e neste ser rebaixada para 24V, fios de saída foram conectados à placa de cobre e, através de trilhos feitos nessa placa, a tensão chegou até a ponte de diodo. Nesse momento, a corrente fora transformada de alternada para contínua e “encaminhada” até o capacitor, onde ficou mais estável e sem pulsos.
A saída do capacitor foi interligada na entrada de cada circuito integrado (7805,7809 e 7812). Por sua vez, os CIs tiveram suas saídas ligadas à interruptores que controlam quando as saídas estão ativadas ou desativadas. Cada tensão é representada por um led: 5V tem a cor azul, 9V amarelo e 12V por verde.
REFERÊNCIAS	
16