FONTE DE ALIMENTAÇÃO CC LINEAR, SIMÉTRICA E AJUSTÁVEL

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UNIVERSIDADE positivo
ESCOLA POLITÉCNICA
ENGENHARIA elétrica
ELETRÔNICA ANALÓGICA I
RELATÓRIO DE PROJETO
FONTE DE ALIMENTAÇÃO CC LINEAR, SIMÉTRICA E AJUSTÁVEL
Equipe:	Gabriel Martin Castanho
			
Curitiba
2020
lista de Figuras
Figura 1 - Ponte retificadora de onda completa em ponte	7
Figura 2 Diagrama em blocos do projeto.	8
Figura 3 Diagrama esquemático do circuito entrada ca, transformador e circuito retificador.	10
Figura 4– Diagrama esquemático do circuito de ajuste de tensão positiva	12
Figura 5– Diagrama esquemático do circuito de ajuste de tensão negativa	14
lista de ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
A – Ampère 
C – Capacitor 
D – Diodo retificador
I – Corrente elétrica
F – Faraday 
PCI – placa de circuito impresso
R – Resistência elétrica ou resistor 
V – Tensão elétrica ou Volt
sumário
1	INTRODUÇÃO	5
1.1	PROBLEMA	5
1.2	JUSTIFICATIVA	5
1.2.1	Objetivo Geral	5
1.2.2	Objetivos Específicos	5
2	FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	6
2.1	TRANSFORMADOR	6
2.2	CIRCUITOS RETIFICADORES	6
2.3	FILTRO CAPACITIVO	7
2.4	REGULADORES DE TENSÃO	7
2.5	RESISTORES	7
2.6	POtenciômetro	8
3	DESENVOLVIMENTO	8
3.1	MEMORIAL DESCRITIVO	8
3.1.1	Diagrama em Blocos	8
3.1.2	Descrição Funcional dos Blocos	9
3.2	MEMORIAL DE CÁLCULO	10
3.2.1	Circuito Entrada CA e Transformador	10
3.2.1.1	Chave liga e desliga	11
3.2.1.2	Transformador	11
3.2.2	Circuito Retificador	11
3.2.2.1	Diodos D1, D2, D3, D4	11
3.2.2.2	Capacitores C7 e C8	11
3.2.3	Ajuste de tensão positiva	12
3.2.3.1	LM317 (U3)	13
3.2.3.2	Resistores RV1, RV2 e R1	13
3.2.3.3	Capacitores C4 e C3 e Diodos D5, D6, D7	14
3.2.4	Ajuste de tensão Negativa	14
REFERÊNCIAS	15
INTRODUÇÃO
O presente capítulo visa apontar o procedimento de confecção de uma fonte de alimentação CC linear bem como o detalhamento do problema de pesquisa e as premissas adotadas, metodologias aplicadas, bem como os objetivos e suas justificativas.
	
	 
PROBLEMA
Para o presente projeto será construído uma fonte de alimentação CC linear, simétrica e ajustável a qual fornecerá na saída uma tensão até +12V ou -12V com uma corrente de 1A a partir de uma tensão de 127V para isso será necessário aplicar na pratica conhecimentos adquiridos em sala de aula.
JUSTIFICATIVA
Tendo em vista que para os estudantes de engenharia a uma grande demanda de circuitos a serem desenvolvidos e testados durante o curso se faz necessário a construção de uma fonte pare este fim.
Objetivo Geral
O presente trabalho tem como principal objetivo projetar uma fonte que seja capaz de fornecer uma tensão simétrica e ajustável bem como construir a placa de circuito impresso e realizar testes e confrontar os resultados obtidos na pratica com os calculados. 
Objetivos Específicos
· Projetar o circuito eletroeletrônico
· Elaborar o layout de uma placa de circuito impresso (PCI) 
· Montar a PCI 
· Apresentar o protótipo contendo o circuito desenvolvido
 
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O seguinte capítulo tem como objetivo apresentar os componentes utilizados no projeto, sua fundamentação teórica, apresentando assim todos os circuitos implementados e sua função para o prefeito funcionamento da fonte. 
TRANSFORMADOR
Os transformadores são dispositivos elétricos capazes de aumentar ou diminuir a tensão e a corrente elétrica estes são compostos de dois enrolamentos de fios chamados de primário e secundário, envolvidos em núcleo metálico. 
A passagem de corrente elétrica no enrolamento primário induz uma corrente elétrica alternada no enrolamento secundário. A corrente e a tensão induzidas no secundário e dependente do número de voltas dos enrolamentos.
CIRCUITOS RETIFICADORES
Tendo em vista que a saída do transformador continua sendo em corrente alternada e para o presente projeto visa uma fonte de corrente continua se faz necessário a implementação de um circuito retificador para realizar esta conversão para isto foi desenvolvido um retificador de onda completa em ponte a qual se utiliza de quatro diodos, alocados conforme a figura 1(Onde vi é a tensão de entrada, vo é a tensão de saída retificada e D1, D2 D3 e D4 são os diodos responsáveis por retificar o sinal e R é a carga do circuito ) para converter a senoide da tensão de entrada da rede elétrica em um sinal pulsante de corrente continua.
Figura 1 - Ponte retificadora de onda completa em ponte
FONTE: PETRY (2007), ADAPTADO 
 
FILTRO CAPACITIVO
Para amenizar o sinal pulsante da saída do circuito retificador é necessário a utilização de um capacitor em paralelo com a ponte retificadora com objetivo de aumentar a tensão média e fornecer maior estabilidade a tensão de saída do circuito. 
REGULADORES DE TENSÃO
Para efetuar a regulagem da tensão da fonte serão utilizados os reguladores vaiáveis LM317 para a tensão positiva e LM337 para tensão negativa, estes componentes variam a tensão de saída de acordo com a tensão aplicada no pino de ajuste. 
 RESISTORES
Resistores são dispositivos utilizados para controlar a passagem de corrente elétrica em circuitos elétricos por meio do efeito Joule o qual converte energia elétrica em energia térmica. Quando adicionados em um circuito elétrico ocorre uma diminuição na intensidade da correte elétrica.
POtenciômetro 
O potenciômetro é um resistor que possui três terminais cuja sua resistência pode ser ajustada por meio mecânico girando um eixo móvel para este circuito este componente será utilizado para controlar a tensão de ajuste do regulador de tensão. 
DESENVOLVIMENTO
O presente capítulo tem como objetivo demonstrar todo o processo de criação, desde a escolha de componentes, a simulação no Protheus, demonstrar o funcionamento da fonte. 
MEMORIAL DESCRITIVO
A fonte desenvolvida ao longo deste projeto será capaz de fornecer uma tensão continua linear e simétrica para cargas com potência dentro das especificações do projeto. Para isso a fonte tem que respeitar as seguintes especificações. 
· Tensão de entrada 127V
· Tensão de saída -12V ~ +12V
· Corrente de saída 1A
· Potência da fonte 12W 
Diagrama em Blocos
A figura 2 apresenta o diagrama em blocos do projeto 
 
Figura 2 Diagrama em blocos do projeto.
FONTE: O AUTOR (2020)
	Primeiramente o circuito e alimento pela rede elétrica de 127V CA logo após este sinal e retificado e posteriormente filtrado e por fim existe um circuito regulador de tensão onde é possível ajustar a tensão desejada. 
Descrição Funcional dos Blocos
A seguir, é descrita a função de cada um dos blocos da Figura 2.
· Entrada CA e Transformador 
Está parte do circuito é composta pela entrada de tensão do circuito e uma chave para lidar ou desligar a fonte. É composto também pelo transformador que é responsável por abaixar a tensão de entrada 127V para uma tensão mais fácil de ser trabalhada, neste caso 17V + 17V porém está ainda em corrente alternada.
 
· Circuito retificador
O circuito retificador conta com uma ponte retificadora de onda completa em ponte a qual conta com quatro diodos que para este circuito será o diodo 1N5400, de acordo com o datasheet atende as especificações do projeto suportando a tensão e corrente para funcionamento adequado da fonte sendo capaz de suportar uma tensão de 35v e corrente de 3A. 
Para filtrar o sinal de saída e manter a tensão linear será utilizado um capacitor de 4700uf ele atua na borda de descida do sinal pulsante gerado pelo retificador mantendo a tensão mais estável alimentando a tensão média do circuito. 
· Ajuste de tensão positiva
Esta parte do circuito é composta por um regulador de tensão LM317, dois potenciômetros e um resistor para controlar a tensão no pino de ajuste do LM317 e diodos de proteção e capacitores de filtro tornando possível uma saída estabilizada e ajustável de 1,5v até +12V com uma corrente de 1A.
· Ajuste de tensão negativa
Com o funcionamento muito parecido com o LM317 Este circuito conta com o CI LM337 que controla a parte negativa da tensão, ou seja, mantém a tensão de saída estabilizada em valores entre -1,5v e -12V com uma corrente de 1A.
MEMORIAL DE CÁLCULO
Circuito Entrada CA e Transformador
A figura 3 apresentao diagrama esquemático do circuito Entrada CA, transformador e circuito retificador.
Figura 3 Diagrama esquemático do circuito entrada ca, transformador e circuito retificador.
FONTE: O AUTOR (2020)
	A seguir é apresentada a especificação de cada um dos componentes do circuito da figura 3. 
Chave liga e desliga 
Considerando a tensão de entrada 127V foi selecionado uma chave que suporta 127V 6A o qual é mais que o suficiente para este circuito 
Transformador 
Levando em conta que a tensão de saída desejada é de 12V e segundo ao datasheet dos reguladores de tensão é necessário que a tensão de entrada do regulador seja 3V maior que a saída e que os diodos retificadores têm uma queda de tensão de aproximadamente 1,4V 
logo a tensão mínima do secundário do transformador é o resultado da soma destes três valores totalizando 16,4V, porém não há transformador comercializado com estas especificações por este motivo será utilizado um transformador com derivação central de 17v + 17V.
Circuito Retificador 
Diodos D1, D2, D3, D4 
Para este circuito os diodos têm a função de converter o sinal alternado da entrada do circuito para um sinal pulsante, levando em conta que o circuito terá na saída a tensão máxima de 12V e a corrente de 1A foi selecionado o diodo 1N5400 o qual consegue atender a necessidade da fonte e garantir seu funcionamento.
Capacitores C7 e C8 
Como já dito anteriormente e como pode ser observado na Figura 3 este componente tem como principal função manter a tensão de saída da ponte de diodos mais estável mantendo a tensão de riple de 1,77V o que garante uma tensão estável para a entrada dos reguladores de tensão.
O valor da tensão de riple é calculado com a equação 1:
									
Tal que:
Vond = Tensão de ondulação;
F = frequência; e
C = Capacitância.
Ajuste de tensão positiva 
A figura 4 apresenta o diagrama esquemático do circuito de Ajuste de tensão positiva
Figura 4– Diagrama esquemático do circuito de ajuste de tensão positiva
 
FONTE: O AUTOR (2020)
LM317 (U3)
Este é o componente responsável por regular a tensão do circuito positivo sendo capaz de atuar em tensões de até 37 V e com uma corrente de 1,5 A. 
Resistores RV1, RV2 e R1
Tendo em vista que este CI lm317 pode atuar com tensões de até 37V e para este circuito será necessário de no máximo 12V é necessário calcular os valores dos potenciômetros ligados no terminal de ajuste do regulador de acordo com a equação 02 disponibilizada pelo fabricante no datasheet.
Tal que: 
Vout: tensão de saída. 
	R2 Resistor ligado entre o terminal 2 e GND (Neste caso RV1 + Rv2)
	R1 Resistor ligado entre os terminas1 e 2 
	Iadj aproximadamente igual a 50uA (Fornecido pelo fabricante).
Conforme apresentado na equação a cima para que a tensão máxima da saída seja de 12v é necessário que o valor do potenciômetro ligado entre o terminal de ajuste e o GND seja de 2.044,37 Ohms. Como não é possível encontrar tal potenciômetro no mercado é necessário utilizar dois potenciômetros ligados em série um com 2k ohms e outro como 100 Ohms possibilitando o controle mais preciso da tensão de saída pois através do resistor de 100 Ohms é possível ter um ajuste fino. 
Capacitores C4 e C3 e Diodos D5, D6, D7
A implementação destes componentes no circuito é recomendada pelo fabricante para atuar como filtro para que se consiga manter uma tensão estável na saída.
Ajuste de tensão Negativa 
A figura 5 apresenta o diagrama esquemático do circuito de Ajuste de tensão Negativa 
Figura 5– Diagrama esquemático do circuito de ajuste de tensão negativa
 
FONTE: O AUTOR (2020)
O circuito de ajuste de tensão negativa tem o mesmo princípio de funcionamento do circuito citado anteriormente uma vez que o regulador de tensão LM 337 tem comportamento muito semelhante ao LM317, porem para tensão negativa de regulação. Ressaltando que os valores calculados para os potenciômetros de regulagem da tensão do tópico anterior podem ser utilizados neste circuito sem comprometer seu funcionamento. O mesmo vale para os demais componentes deste circuito, porém e necessário ressaltar que estão trabalhando com tensão negativas.
 
REFERÊNCIAS
BOYLESTAD, Robert L. – Introdução à Análise de Circuitos – Prentice Hall/Pearson, 10ª. Ed, 2004
BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 8ª ed. São Paulo: 2005
Texas Instruments. LM317- Terminal Adjustable Regulator Disponível em: < https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf > Acesso em 11 de abril de 2020.
Texas Instruments. Lx37- 3-Terminal Adjustable Regulators Disponível em: < https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm337.pdf> Acesso em 11 de abril de 2020.
PFS. 1N5400 THRU 1N5408 Disponível em: < https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/391701/PFS/1N5404.html> Acesso em 11 de abril de 2020.
HELERBROCK, Rafael. "O que é um transformador?"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-um-transformador.htm. Acesso em 11 de abril de 2020.
PETRY, Clóvis Antônio “Circuitos retificadores de onda completa” Disponível em : http://professorpetry.com.br/Ensino/Repositorio/Docencia_CEFET/Retificadores/2007_1/Aula_37.pdf Acesso 11 de abril de 2020. 
BÓSON TEINAMENTOS EM TECNOLOGIA “Como funciona um potenciômetro” http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/curso-de-eletronica/como-funciona-um-potenciometro/ Acesso em 11 de abril de 2020.