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11-05-2015
Fonte de alimentação. Eletricidade e Eletrónica – MD12
Américo Alves ESCOLA PROFISSIONAL DE CHAVES
ESCOLA PROFISSIONAL DE CHAVES Eletricidade e Eletrónica (E.E)
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Índice
1. Introdução. ........................................................................................................................... 2
1.1 Definir Fonte de Alimentação, e explicação das várias etapas. .......................................... 2
Transformador ...................................................................................................................... 3
Retificador. ............................................................................................................................ 4
Filtro. ..................................................................................................................................... 6
Regulador. ............................................................................................................................. 6
1.2 Dimensionar a FA, e indicar os componentes e respetivas características. ....................... 7
2. Desenho da fonte de alimentação. ....................................................................................... 9
2.1 Desenho esquemático da fonte de alimentação em software Proteus. ....................... 9
2.2 Simulação, e obtenção dos sinais de saída em cada etapa. .......................................... 9
2.3 Desenho em PCB do circuito. ...................................................................................... 10
3. Bibliografia .......................................................................................................................... 11
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1. Introdução.
1.1 Definir Fonte de Alimentação, e explicação das várias etapas.
Uma fonte de alimentação é um equipamento usado para alimentar cargas elétricas. Cada
dispositivo eletroeletrônico necessita de uma fonte para prover energia para seus componentes.
Esta energia pode variar de acordo com a carga que este equipamento usa. Estas fontes de
energia podem ser de corrente contínua como um conversor AC/DC ou um regulador de tensão,
pode ser um Regulador linear, fonte de energia AC, Fonte de alimentação ininterrupta ou fonte
de energia de alta tensão.
Uma fonte de alimentação é um dispositivo que converte a corrente elétrica alterna em
corrente contínua. A maioria dos dispositivos eletrónicos necessita de uma fonte de energia
estável, consistente e pura para funcionar corretamente. Existem muitas formas de as nomear
e, dependendo do âmbito ou sector, designam-se de uma forma ou doutra. Também chamadas
retificadores, transformadores, conversores, alimentadores. Nem sempre corretamente, mas
igualmente utilizados.
As primeiras fontes de alimentação eram lineares. Um transformador reduzia a tensão de
entrada de 220 VAC para tensão seguida de uma ponte de díodos e algum filtro para estabilizar
a saída.
Figura 1 - Circuito geral de uma fonte de alimentação.
Uma fonte de alimentação é um aparelho ou dispositivo eletrónico constituído por 4 blocos
de componentes elétricos:
Transformador;
Retificador;
Filtro;
Regulador.
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Transformador
Um transformador é um dispositivo que transforma uma corrente alternada senoidal, com
uma determinada tensão, numa corrente elétrica senoidal, com uma tensão eventualmente
diferente, sendo esta transformação realizada através da ação de um fluxo magnético no
acoplamento de dois enrolamentos.
Além da transferência de energia, que é feita de uma forma econômica, e além de manter a
frequência constante, o transformador é usado para isolar o amplificador (e os usuários) da
tensão da rede e reduzir (para equipamentos de estado sólido, pelo menos), a tensão para um
nível que o amplificador pode tolerar.
Há uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito, mas todos operam
sobre o mesmo princípio de indução eletromagnética. No projeto de fontes lineares, em resumo,
o objetivo do transformador é adequar o nível de tensão alternada da rede para um nível correto
de tensão que se deseja.
Funcionamento
Quando ligamos uma corrente alternada no enrolamento primário é produzido um campo
magnético que é proporcional ao número de voltas do fio em torno do metal e a intensidade da
corrente aplicada. O fluxo magnético que é produzido chega ao núcleo do braço metálico e sem
encontrar resistência chega ao enrolamento secundário.
Após chegar ao enrolamento secundário, por indução eletromagnética, cria-se uma corrente
elétrica que tem variação de acordo com corrente do enrolamento primário e também com o
número de espiras dos dois enrolamentos. Dessa maneira, um novo valor de tensão pode ser
obtido no secundário, através do fluxo magnético criado pela primeira bobina.
Figura 2 - Representação de um transformador real.
Figura 3 - Fluxo magnético no transformador.
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Retificador.
Retificador é um dispositivo que permite que uma tensão ou corrente alternada (CA)
(normalmente senoidal) do secundário do transformador, seja constante ou transformada, em
contínua ondulada (com ripple). Existem vários tipos de retificadores e métodos complexos para
seu projeto e construção, normalmente sendo empregados no circuito díodos e tirístores (estes,
amplamente utilizados em retificadores de alta potência). Por conveniência e simplicidade do
projeto das fontes lineares propostas, os circuitos retificadores comentados aqui serão
constituídos apenas por díodos.
Figura 4 - Díodos usados no processo de retificação.
Existem basicamente dois tipos de retificadores:
1. Retificador de meia-onda;
2. Retificador de onda completa.
Retificador de meia-onda
O retificador de meia-onda é um circuito composto por um díodo e uma resistência. Esse
tipo de retificador utiliza metade dos semicículos da senoide de entrada (semiciclos positivos).
Apesar de ser barato, em virtude de usar apenas um díodo, é considerado como o pior
retificador, por gerar muita interferência na onda.
Figura 5 - Forma de onda do retificador de meia onda no transformador.
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Retificador de onda completa.
O circuito retificador de onda completa com tap central é um circuito que utiliza o
enrolamento secundário do transformador com terminal central (center tap), de modo que este
seja dividido ao meio para proporcionar tensões iguais em cada uma das metades dos
enrolamentos secundários. Além disso, dois díodos idênticos também constituem o circuito e
com isso essa configuração de retificador permite a passagem de corrente por Rc nos dois
semiciclos da senóide.
O circuito retificador de onda completa em ponte é um circuito que utiliza quatro díodos em seu funcionamento. Essa configuração não exige que o transformador com tomada central, como no anterior, o que garante uma vantagem considerável sobre o regulador de onda completa com tap central. Apesar de serem utilizados quatro díodos em vez de dois da configuração anterior, essa não é uma grande desvantagem, visto que os díodos apresentam baixo custo e ainda podemos comprar uma ponte de díodos em um único encapsulamento.
Além disso, podemos reduzir o número de espiras do secundário do transformador pela metade, nesse tipo de circuito.
Figura 6 - Formas de onda no retificador de onda completa em ponte.
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Filtro.
Após o processo de retificação, já temos em nosso circuito uma tensão com polaridade
definida.
Entretanto, seu valor é pulsante (como a tensão senoidal aplicada ao díodo) e, por isso,
inadequado para alimentar circuitos eletrônicos os quais precisam de uma tensão de
alimentação CC.
Sendo assim, são utilizados filtros logo após a retificação de modo a se obter uma tensão
mais próxima de uma tensão constante, além, é claro, de reduzir o valor da componente
alternada ao nível aceitável pelo circuito alimentado, de forma que o fator de ondulação (ripple)
seja reduzido para o menor possível (no caso ideal, nulo).
Os circuitos de filtragem basicamente se aproveitam da capacidade de armazenamento de
energia de um condensador para que ele torne a tensão sobre a carga a mais constante possível.
Figura 7 - Filtro.
Regulador.
A última etapa da fonte, mas não menos importante que as antecedentes, é a regulação. Um
regulador é um dispositivo que funciona de forma a linearizar o máximo possível a saída da fonte
na tensão desejada. Ou seja, por mais que entre uma tensão pulsante e maior que a desejada
na entrada do regulador, este deve apresentar em sua saída um valor constante fixo, e aguentar
também variações na corrente da carga e na temperatura.
78XX é uma família de reguladores de tensão de três terminais, com valores discretos constantes de tensão de saída, representados pelo 2 último número do nome do componente.
Este componente é bem simples de ser utilizado, porém seus valores discretos de tensão de saída limitam sua utilização (veja tabela abaixo).
Figura 8 - Regulador 78xx.
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1.2 Dimensionar a FA, e indicar os componentes e respetivas características.
1- Transformador: 230V AC -
Width 42mm (65mm over feet)
Depth 42mm
Height 35mm
Fixings 2x M3 at 55mm centres
Leads - Primary 150mm+ Secondary 140mm+ (2-pole connector which can be cut off if required)
The size corresponds to a 6VA transformer. Output voltage off-load is a little over 10 volts. This will drop slightly on-load. Output current should therefore not exceed 500-600 mA.
Postage and packing is £3.22 regardless of quantity. (On large orders we may use Hermes as carrier.)
2- Ponte retificadora
Model: KBP206 206
Voltage (V): 600 V
Current (A): 2 A
Quantity: 10
3- Condensador electrolitico.
2200uf
25V
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4- Regulador: 7805
100% Brand New! Package / Case: TO-220 Output Type: Fixed Output Voltage: 5 V Output Current: 1.5 A Line Regulation: 50 mV Load Regulation: 100 mV Dropout Voltage (Max): 2.5 V @ 1A Maximum Operating Temperature: 150 C Minimum Operating Temperature: 0 C Mounting Style: Through Hole
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2. Desenho da fonte de alimentação.
2.1 Desenho esquemático da fonte de alimentação em software Proteus.
Figura 9 - Circuito geral da F.A.
Circuito geral da fonte de alimentação, constituído por quatro etapas: transformador (TR1),
ponte retificadora (BR1), filtro (C1) e regulador (U1).
2.2 Simulação, e obtenção dos sinais de saída em cada etapa.
Figura 10 - Formas de onda obtidas na simulação.
Estas foram as formas de ondas obtidas durante a simulação em software, a forma de onda
amarela foi medida a saída do transformador, esta é alternada mas com uma amplitude mais
baixa do que na entrada do transformador.
A forma de onda azul, foi medida a saída da ponte retificadora, onde os semi-cículos
negativos passam a positivos em relação a primeira forma de onda.
A forma de onda vermelha, foi medida a saída do condensador, onde temos quase uma
corrente continua, apenas com alguns picos.
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Estes picos podem ser eliminados pelo regulador – 7805, este vai nos fornecer uma
corrente contínua, como mostra a forma de onda verde.
2.3 Desenho em PCB do circuito.
Figura 11 - PCB do circuito.
A figura corresponde ao PCB do circuito, desenvolvido em Proteus.
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3. Bibliografia
http://www.electronica-pt.com/content/view/202/
http://www.electronica-pt.com/fontes-alimentacao
http://eletronicos.etc.br/quais-os-componentes-de-uma-fonte-de-
alimentacao-regulada/
http://www.electronica-pt.com/fontes-alimentacao