Fonte de Alimentação Regulada

Fonte de Alimentao Regulada

Alunos: Diego de Oliveira, Joel Zeni e Vincius Gasperin Pgina 1

FONTE DE ALIMENTAO REGULADA

Vincius Luiz Gasperin e Joel Zeni

UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL Campus Universitrio da Regio dos Vinhedos

Centro de Cincias Exatas, da Natureza e Tecnologia Engenharia Eltrica

Alameda Joo Dal Sasso, 800 95700-000 Bento Gonalves RS Brasil

e-mails: [email protected], [email protected]

1 INTRODUO

Todos os componentes do projeto sero calculados para atender a especificao do projeto. O projeto da fonte de alimentao tem os seguintes parmetros especificados:

- Tenso de sada de 0-30 V. - Capacidade de corrente de 3A.

O relatrio ser apresentado em etapas de acordo com o desenvolvimento do projeto. As etapas de criao da fonte consistem em transformao da tenso, retificao da tenso,

filtragem e regulao de tenso.

Figura 1. Etapas do processo

2 CLCULO DO CAPACITOR DE FILTRO

O capacitor um dispositivo de circuito eltrico que tem como funo armazenar cargas eltricas e consequente energia eletrosttica, ou eltrica. Ele constitudo de duas peas condutoras que so chamadas de armaduras. Entre essas armaduras existe um material que chamado de dieltrico. Dieltrico uma substncia isolante que possui alta capacidade de resistncia ao fluxo de corrente eltrica. A utilizao dos dieltricos tem vrias vantagens. A mais simples de todas elas que com o dieltrico podemos colocar as placas do condutor muito prximas sem o risco de que eles entrem em contato. Qualquer substncia que for submetida a uma intensidade muito alta de campo eltrico pode ser tornar condutor, por esse motivo que o dieltrico mais utilizado do que o ar como substncia isolante, pois se o ar for submetido a um campo eltrico muito alto ele acaba por se tornar condutor.

Os capacitores so utilizados nos mais variados tipos de circuitos eltricos, nas mquinas fotogrficas armazenando cargas para o flash, por exemplo. Eles podem ter o formato cilndrico ou plano, dependendo do circuito ao qual ele est sendo empregado.



Na sada de um sistema retificador obtemos corrente contnua pulsante, ou seja, formada pelos semiciclos da corrente alternada que so conduzidos pelos diodos. Esta corrente contnua no pura, no servindo para alimentar a maioria dos circuitos eletrnicos.

A corrente contnua pulsante da sada de um sistema retificador precisa passar por um processo de filtragem que, dependendo da aplicao, deve ser o mais eficiente quanto seja possvel. A filtragem da corrente contnua pulsante pode ser realizada de diversas formas. A mais simples a obtida com a utilizao de um capacitor ligado conforme mostra a figura 2.

Figura 2. Filtro capacitivo

Neste caso precisa-se filtrar uma retificao de onda completa para ficarmos com um sinal parecido com a figura 3. Em vermelho o sinal sem o filtro, e em azul o sinal com filtro.

Figura 3. Filtragem

Como se precisa que na sada da fonte estejam no mximo 30V, necessrio que antes da regulagem se tenha uma tenso maior do que 30V.

Especifica-se ento que a tenso sobre o capacitor seja de 33V com VR = 2V. Sendo 6% de variao de ripple. A figura 4 ilustra a componente CA resultante denominada ripple:



Figura 4. Ripple

Tenso mxima de ripple:

33 x 0,06 = 1,98 V [1]

denominada capacitncia C a propriedade que os capacitores tm de armazenar cargas eltricas na forma de campo eletrosttico, e ela medida atravs do quociente entre a quantidade de carga (Q) e a diferena de potencial (V) existente entre as placas do capacitor, matematicamente fica da seguinte forma:

C = [2]

Como tem-se uma retificao de onda completa a frequncia 120Hz ento:

C = [3]

C = 12500 F [4]

VALOR COMERCIAL

4X3300uF=13200F [5]

*Ajuste para valores comerciais

CAPACITOR

Vrp = [6]

Vrp = 1,9 V [7]



Variao de ripple = [8]

Variao de ripple = 5,75 % [9]

3 CLCULO DO TRANSFORMADOR

Figura 5. Transformador bsico

De funcionamento bem simples, o transformador um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princpios eletromagnticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz. O transformador de tenso constitudo por uma pea de ferro, denominada de ncleo do transformador, ao redor do qual so enroladas duas bobinas. Em uma dessas bobinas aplicada a tenso que se deseja transformar, ou seja, aumentar ou diminuir. Essa bobina chamada de bobina primria ou enrolamento primrio. Depois de transformada, a tenso estabelecida nos terminais da outra bobina, que denominada bobina secundria ou enrolamento secundrio.

Um transformador funciona do seguinte modo: ao aplicar uma tenso alternada no enrolamento primrio surgir uma corrente, tambm alternada, que percorrer todo o enrolamento. Atravs dessa corrente estabelece-se um campo magntico no ncleo de ferro, esse por sua vez sofre vrias flutuaes e, consequentemente, surge um fluxo magntico que induzido na bobina secundria.

Vmx = 33 + (33 x 0,0288) = 33,95 V [10]

Vp(secundrio) = 33,95 + (2 x 0,7) = 35,35 V [11]

Vrms(secundrio) = = 25 V [12]

TRAFO COMERCIAL ENCONTRADO



24 V 3 A

Figura 6. Transformador utilizado para simulao do projeto no software Multisim

4 CLCULO DOS DIODOS RETIFICADORES

Diodos so componentes que deixam a corrente eltrica passar em apenas uma direo. Existem diversos tipos de diodos com caractersticas muito diversas. Um diodo pode at emitir luz ou simular um capacitor. Os diodos que so usados primordialmente para deixar a corrente passar em apenas uma direo so chamados retificadores. Os principais diodos retificadores so divididos em trs grupos, de acordo com os materiais usados em sua construo: germnio, silcio e schottky. O de germnio usado apenas onde se precisa de uma queda de tenso muito pequena. Os de silcio so de uso geral e os schottky so construdos baseados em uma juno metal-semicondutor (e no semicondutor-semicondutor como ou outros dois) e apresentam uma baixa queda de tenso (tenso de barreira) e altas velocidades de trabalho.



Figura 7. Diodos

O processo fundamental na fonte a retificao, isto , a transformao da corrente alternada em contnua. Isto feito normalmente por diodos, componentes que s permitem a passagem da corrente em uma direo.

Dois parmetros principais devem ser estabelecidos:

- VRRM (Maximum Repetitive Reverse Voltage) -> Tenso reversa repetitiva mxima

- IFAV (Average Forward Current) -> Corrente mdia mxima

Para nosso projeto temos:

VRRM > 2 x Vp(secundrio) = 70,7V [15]

IFAV > = 1,5 A [16]

DIODO COMERCIAL = 1N5401

DIODO COMERCIAL ENCONTRADO = 6A8

Figura 8. Conexo do Osciloscpio no circuito simulado



Figura 9. Funcionamento do circuito no tempo



Figura 10. Tenso medida nos diodos retificadores

Figura 11. Conexo do Osciloscpio no circuito simulado



Figura 12. Funcionamento do circuito no tempo

Figura 13. Tenso medida aps a filtragem



5 REGULADORES DE TENSO SRIE

Figura 14. Projeto de um regulador de tenso

O regulador srie na realidade uma fonte de alimentao regulada mais sofisticada em relao aos reguladores que utilizam apenas um diodo zener.

O diodo zener atua apenas como elemento de referncia enquanto que o transistor o elemento regulador ou de controle. Observa-se que o transistor est em srie com a carga, da o nome regulador srie.

Figura 15. Diagrama de blocos de um circuito regulador tipo srie

5.1 CLCULO DO TRANSISTOR O transstor um dos componentes mais importantes na Eletrnica. um dispositivo com trs

terminais. Num elemento com trs terminais possvel usar a tenso entre dois dos terminais para



controlar o fluxo de corrente no terceiro terminal e obter uma fonte controlvel. O transstor permite a amplificao e comutao de sinais, tendo substitudo as vlvulas termo-inicas na maior parte das aplicaes. A figura da pgina seguinte mostra, de forma esquemtica, um transstor bipolar p-n-p. Este transstor formado por duas junes p-n que partilham a regio do tipo n (muito fina e no representada escala). Neste aspecto, o dispositivo corresponde sanduche de um material do tipo n, entre duas regies do tipo p. Existe tambm a estrutura complementar (npn). Dependendo da polarizao de cada junes (directa ou inversa), o transstor pode operar no modo activo/linear, estar em corte ou em saturao.

Figura 16. Transistor tipo PNP Figura 17. Transistor tipo NPN

A operao de regulao pode ser descrita da seguinte forma:

1- Se a tenso de sada diminuir, a tenso base-emissor aumenta, fazendo com que o transistor conduza mais, e desta forma aumentando a tenso de sada mantm a sada constante.

2- Se a tenso de sada aumentar, a tenso base-emissor diminui, e o transistor conduz menos, reduzindo, assim, a tenso na sada mantm a sada constante.

Alguns parmetros devem ser levados em conta para escolha do transistor adequado:

Vout mx = 30 V

Vout min = 0 V

Iout = 3A

Vin mx = 33,95 V

Vin min = 33-0,95 = 32,05 V [17]

- FATORES PARA ESCOLHA DO TRANSISTOR

ICmx > 3A

BVceo > 33,95 V



Quando a tenso na sada for zero, os 30V ficaro sobre o VCE, Ento:

Pc > 3 x (30) = 90 W [18]

TRANSISTOR COMERCIAL ENCONTRADO = TIP142

5.2 CLCULO DO ZENER

O diodo Zener pode funcionar polarizado diretamente ou inversamente. Quando est polarizado diretamente, funciona como outro diodo qualquer, no conduz corrente enquanto a tenso aplicada aos seus terminais for inferior a aproximadamente 0,6 Volts no diodo de silcio ou 0,3 Volts no diodo degermnio.1 A partir desta tenso mnima comea a conduo eltrica, que inicialmente pequena mas que aumenta rapidamente, conforme a curva no linear de corrente versus tenso. Por esse fato, a sua tenso de conduo no nica, sendo considerada dentro da faixa de 0,6 a 0,7 Volts para o diodo de silcio. O diodo Zener pode ser utilizado com fonte de rudo branco quando operando na sua regio de ruptura.

Figura 18. Conexo do diodo Zener

Devido a esta caracterstica, os diodos Zener so frequentemente usados como reguladores de tenso. Por exemplo, no diagrama de circuito:

Se Se Considerando o valor em valor absoluto.

VZ = 30 + 1,2 = 31,2 V [19]

DIODO ZENER COMERCIAL ENCONTRADO = 1N4751 30V-1W



VZ = 30 V

PZ = 1 W

IZK = 0,25 mA

IZmx = 33,33 mA

5.3 CLCULO DO RESISTOR

Considerando um potencimetro de 1k utilizado para zerar a fonte. Temos:

IBmx quando Rpotencimetro = 10 k IBmin quando Rpotencimetro = 0

BETA do transistor = 1000

IB = IC/BETA = = 0,003 [20]

Rmx = = 630 [21]

Rmin = = 120 [22]

5.3 ESQUEMTICO

Figura 19 - Esquemtico



7 LISTA DE COMPONENTES

Componente

Part

Number Quantidade

Diodo retificador 6A8 4

Transformador 24-5V 1

Capacitor eletroltico 3300uF 4

Diodo zener 1N4751 1

Resistor 330 Ohms 1

Potencimetro 10 kOhms 1

Transistor TIP142 1

Capacitor 47uF 1

Tabela 1 Lista de componentes

7 MTODOS DE MEDIO E RESUSLTADOS OBTIDOS

Para teste o circuito foi montado em uma protoboard.

O teste com carga foi realizado conectando na sada um reostato de 10 Ohms.

Figura 20. Teste sem carga e com o Rpotenciomtro em 1 k



Figura 21. Teste sem carga e com o Rpotenciomtro em 0

Figura 22. Reostato de 10



Figura 23. Circuito em placa padro

Figura 24. Circuito em placa de circuito impresso



8 CONCLUSES

Esta fonte adequada a uma ampla variedade de aplicaes, fundamental em bancada de reparos e para aprendizado, serve para proteo de circuitos de testes contra eventuais danos por um erro de montagem, serve para alimentar circuitos com corrente de at 3A, poder alimentar motores de at 30V e ser utilizada para teste de reparos de equipamentos defeituosos.

Por se tratar de uma fonte ajustvel ou varivel indispensvel em laboratrios de eletrnica, pois permite o desenvolvimento de roteiros e projetos de experimentos especficos, eletrodinmica e aplicaes de componentes eletroeletrnicos.

Pode ser usada para auxiliar na instrumentao de laboratrio, eliminando a utilizao de pilhas ou baterias e seus resduos e possibilitando o ajuste da tenso necessria.

9 BIBLIOGRAFIA

BRAGA, Newton.C. Filtragem e Ripple. Disponvel em: . Acesso em: 30 mai. 2013.

MSPC. Fontes de Alimentao. Disponvel em: . Acesso em: 30 mai. 2013.

MUNDO EDUCAO. O Transformador de Tenso. Disponvel em: . Acesso em: 31 mai. 2013.

CORRARDI, Jnior. Reguladores de Tenso. Disponvel em: . Acesso em: 04 jun. 2013.

BOYLESTAD, Robert, NASHELSKY, Louis - Dispositivos Eletrnicos e Teoria de Circuitos. So Paulo: Prentice Hall do Brasil, 2006.

Fonte de Alimentação Regulada

Documents

Transcript of Fonte de Alimentação Regulada