fonte retificadora - elet. geral n2(2)

8/8/2019 Fonte Retificadora - Elet. Geral N2(2)

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Fonte de alimentao linear de 5V com transformador, circuito retificadorcom filtro capacitivo e CI estabilizador.

UNIVERSIDADE Anhanguera-UniderpDisc. Eletrnica Geral IProf M. Sc Daniela Luiza Catelan CarneiroEE - Turma N501


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Acadmicos: Johnny M. Marques R.A. 122928

Campo Grande, 12 de Junho de 2010

UNIVERSIDADE Anhanguera-UniderpDisc. Eletrnica Geral IProf M. Sc Daniela Luiza Catelan CarneiroEE - Turma N501


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SUMRIO

LISTA DE FIGURAS ......................................................................................................4

LISTA DE TABELAS .....................................................................................................5RESUMO .........................................................................................................................6INTRODUO ...............................................................................................................7OBJETIVO ......................................................................................................................8METODOLOGIA ............................................................................................................9MONTAGEM .................................................................................................................12RESULTADOS...............................................................................................................16LISTA DE COMPONENTES ........................................................................................20CONCLUSO ................................................................................................................21BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................22ANEXOS ........................................................................................................................23


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LISTA DE FIGURAS

Diagrama de blocos Fonte de alimentao (Fig.01) ....................................................05Simbologia de um Transformador abaixador de tenso (Fig.02) ...................................09

Retificador de meia-onda e retificador de onda-completa (Fig.03) ................................10Filtro Capacitivo (Fig.04) ...............................................................................................10Filtragem Capacitiva (Fig.05) ........................................................................................11Tenso de Sada Regulada (Fig.06).................................................................................11Fonte Retificadora montada em Circuito Impresso(Fig. 07)...........................................12Transformador 127/12V(Fig. 08)....................................................................................12Caixa Metlica Utilizada para a montagem da Fonte(Fig. 09)........................................13Vista Superior da Fonte Aberta (Fig. 10)....................................................................... 13Vista Superior da Fonte Aberta(Fig. 11)....................................................................... .14Vista Frontal da Fonte Montada(Fig. 12)........................................................................14Vista Frontal/Lateral da Fonte Montada(Fig. 13)............................................................14Vista Traseira da Fonte montada(Fig. 14) ......................................................................15Vista da lateral esquerda da fonte Montada(Fig. 15) ......................................................15Circuito de Fonte Retificadora(Fig. 16) .........................................................................16Senide D1/D2(Fig. 17) .................................................................................................16Senide C1/C2(Fig. 18)...................................................................................................17Senide da Sada de Tenso Poistiva(Fig. 19)...............................................................17Senide C3/C4(Fig. 20) ..................................................................................................18Senide da Sada de Tenso Negativa (Fig. 21) .............................................................18Senide Fase/Fase (Fig. 22) ............................................................................................19


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LISTA DE TABELAS

Lista de componentes (Tab.01) ......................................................................................20Componentes Adicionais (Tab.02) .................................................................................20


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RESUMO

A fontes de alimentao constituem uma das etapas bsicas dos equipamentos eltricose/ou eletrnicos.A funo dessa etapa inicial 'casar' a tenso eltrica fornecida pela rede

domiciliar/industrial com as tenses adequadas s demais etapas do equipamento. ocaso, por exemplo, de dispormos de uma tenso de 127 VAC ou 220 VAC enecessitarmos de tenses de 5 VCC ou 10 VCC.Uma fonte bsica simples (ou linear, como dizem os mais tericos) , via de regra,constituda por 4 blocos, cada um com sua finalidade especfica. Eis o diagrama deblocos:

Fig. 01

Bloco 1- Transformador - Altera os parmetros 'tenso e corrente' de entrada AC paraoutro(s) valor(es) de 'tenso e corrente' de sada AC. Um dado valor de tenso de sadaAC podem ser maior, igual ou menor que a tenso de entrada AC.Bloco 2- Retificao - Retifica os pulsos de sada do transformador, produzindo umanova sada polarizada, pulsante, CC.Bloco 3- Filtragem - Filtra a tenso pulsante de sada do bloco retificador eliminandoboa parte de sua pulsao.Bloco 4- Regulagem - Regula eletronicamente a sada do bloco de filtragem de modo a

se obter uma tenso contnua e constante. Esse bloco pode incluir uma proteo contradiversos 'aborrecimentos',como veremos ao final.


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INTRODUO

Desde a sua descoberta pelo filsofo grego Tales de Mileto, no incio do sculoXVII, passando por toda evoluo decorrida dos estudos de diversos fsicos, nos sculosseguintes, bem como com a instalao da primeira usina hidreltrica junto s cataratas

do rio Nigara em meados do sculo XIX [1], e culminando com os dias atuais, aeletricidade tem se mostrado um grande avano no fornecimento de energia para oacionamento dos mais diversos tipos de equipamentos e mquinas.

No decorrer desta histria, tambm a eletrnica se fez presente. Seu surgimentose deu no final do sculo XIX, a partir de experincias realizadas por Tomas Edison,Heinrich Hertz entre outros. J a sua evoluo apresenta alguns marcos importantes,como o ocorrido em 1907 quando Lee de Forest inventa a Vlvula Triodo. A partir da,os mais diversos tipos de sistemas eletrnicos passam a ser criado, como o rdio,osciloscpio entre outros equipamentos. [2]

Mas foi em 16 de dezembro de 1947 que a eletrnica sofreu sua maiorrevoluo. Foi nessa data que William Bradfor Shockley, John Bardeen e Walter HouserBrattain inventaram o transistor. [3]

A partir deste momento, inmeros dispositivos passaram a ser inventados e aminiaturizao dos equipamentos j existentes tornouse possvel. Esta por muitosconsiderada a maior inveno da histria moderna.

Com a evoluo da eletrnica, diversos sistemas passaram a ser criados, e juntamente com eles surge a necessidade de condicionar a energia eltrica, de forma aalimentar os sistemas em desenvolvimento. Como uma possvel soluo para estanecessidade; criaramse as primeiras fontes lineares reguladas, que so assim chamadaspor possurem um circuito integrado ou um transistor operando de forma linear em suasada.

Mais adiante, por volta de 1960, as fontes chaveadas comeam a serdesenvolvidas, visando sua aplicao nos programas espaciais. O objetivo de seudesenvolvimento era a substituio das fontes reguladas, do tipo linear, que so pesadas,volumosas e dissipativas, por fontes compactas e de alto rendimento. [4]Hoje em dia, as fontes chaveadas so altamente empregadas como dispositivos dealimentao para as mais diversas aplicaes, como conversores de alta potncia,NoBreaks, sistemas embarcados, microcomputadores, carregadores de celular entreoutros.

Nesta primeira etapa do projeto a ser desenvolvido na disciplina de eletrnicaindustrial, ser projetada e construda uma fonte de alimentao do tipo linear eregulada. Esta escolha se d pela facilidade de desenvolvimento que este tipo de fonte

possui frente ao projeto de uma fonte chaveada. Somase a isso tambm o fato de umafonte chaveada envolver um custo mais elevado de desenvolvimento, por necessitar deum maior numero de dispositivos semicondutores, que necessitariam ser adquiridos peloexecutor.

Desta forma, o projeto que se segue trata do estudo e desenvolvimento de umafonte linear e regulada, operando com sadas simtricas em 5 e 10 Volts (V) e comcapacidade de corrente de at 1 Ampres (A) por sada.

Este relatrio trar a descrio do circuito e o seu funcionamento, a metodologiade projeto adotada e o projeto de um prottipo de acordo com as especificaes jcitadas. Por fim ser implementado um prottipo com o qual se verificar a coerncia dametodologia adotada, alm da obteno de uma validao prtica para o estudorealizado, a partir de ensaios e aquisies.


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OBJETIVO

Implementar uma fonte de alimentao linear de 5V com transformador, capacitivo e CIestabilizador LM 7805 ou equivalente. Podendo o projeto ser implementado emprotoboard ou circuito impresso.


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METODOLOGIA

Partindo do diagrama de blocos citado na Fig. 01, observa-se certa simplicidade naelaborao de tal projeto.Na fig. 02 logo abaixo v-se a simbologia de um Transformador abaixador de tenso,bem como sua curva caracterstica e os parmetros envolvidos a este tipo deequipamento, conforme descrito acima como referencia ao bloco 01 do diagrama deblocos.

Fig. 02

Parmetros notveis do transformador:Up= tenso no primrio (entrada) ; Ip= corrente no primrio (entrada) ; Np= nmero deespiras no primrio

Us= tenso no secundrio (sada) ; Is= corrente no secundrio (sada) ; Ns= nmero deespiras no secundrio

Pp= potncia absorvida no primrio (entrada) ; Ps= potncia entregue pelo secundrio(sada)

Relaes:

Up/Us= Np/Ns; Pp = Ps (caso ideal) ; Up.Ip= Us.Is

O bloco 02, refere-se ao efeito da retificao, pois h vrios modos de ligarmos diodosretificadores de modo a converter CA para CC. Diferenciando-se retificador de meia-onda e retificador de onda-completa. bem mais vantajosa a retificao de ondacompleta, a qual aproveita os dois semi-ciclos da tenso alternada disponvel. Para talretificao temos duas possibilidades:Usar de apenas 2 diodos retificadores, caso em que o secundrio do transformadordever apresentar uma derivao central ('center tap' - CT);Ou usar uma ponte retificadora com 4 diodos, caso o secundrio no apresentederivao central.


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Ambas as opes so mostradas na Fig. 03 logo abaixo.

Fig.03

Uma ponte retificadora consta de 4 diodos retificadores reunidos num s invlucro, com2 terminais marcados "~" para a entrada AC e 2 terminais marcados com "+" e "-" paraa sada polarizada CC. A ponte retifica os dois semi-ciclos da tenso alternada (da onome 'retificao em onda-completa'. Da tenso de entrada na ponte, perde-se 1,4 V,porque cada diodo determina uma queda de potencial eltrico de 0,7 V (tpica da junoPN de silcio); e h sempre 2 diodos em conduo em cada semi-ciclo.Tais pontes, facilmente obtidas no comrcio eletrnico, so classificadas pelaintensidade mxima de corrente e pela mxima tenso inversa que podem suportar.Como os diodos devem suportar os picos de tenso, a ponte deve suportar, pelo menos,trs vezes a tenso rms da sada do transformador.

No terceiro bloco tem-se a 'Filtragem' ou a ao de filtrar, retirar impurezas ou separarpartes distintas que no o caso, em se tratando de corrente eltrica. Filtragem, aqui, um jargo eletrnico para a ao de um componente cuja finalidade 'acumular cargaseltricas', fornecendo-as quando necessrio. Quem age aqui como reservatrio de cargas um capacitor de grande capacitncia, notadamente o capacitor eletroltico. Suacolocao no circuito da fonte mostrada na fig. 04:

Fig.04

A ao do capacitor de filtragem suavizar os 'solavancos' dos semiciclos provenientesda retificao, convertendo-os em um fornecimento 'mais contnuo' de cargas eltricas.


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O diagrama a seguir destaca a tenso 'no filtrada' (em linha pontilhada) e a CCsuavizada (em linha slida).

Fig.05

Nota-se, que a filtragem aumenta significativamente a tenso mdia CC, para o valor depico (1,4 valor RMS). Em outras palavras, uma sada de 5 VACrms no secundrio dotransformador, tenha sido retificada por uma ponte, da qual obtivemos 3,6 VCCrms (1,4

volts foram perdidos na retificao). A ao da filtragem eleva essa tenso para seuvalor de pico, ou seja, 1,4 x 3,6 VCCrms= 5,04 VCCpico.Como a tenso eltrica nos terminais do capacitor cai um pouco por ocasio dasdescargas (linha azul cheia, na ilustrao acima), a 'filtragem' no perfeita, resultandoassim numa residual ondulao de tenso (tenso de 'ripple'). Para muitos circuitos aondulao (ripple) de 10% do valor da tenso total satisfatria, e isso se obtm comdeterminado valor (C) da capacitncia do capacitor eletroltico. Eis a expresso paraesse clculo:

Capacitncia para 10% de ripple = C = 5.Is/Us.f

Onde: C a capacitncia do capacitor de filtragem, em farads (F); Is a intensidade decorrente de sada, em ampres (A); Us a tenso de entrada, em volts (V) [este o valorde pico da tenso no filtrada]; f a freqncia da tenso AC, em hertz (HZ) [no Brasil,60 Hz].Sem dvida, quanto maior a capacitncia do capacitor de filtragem, menor a ondulaoda sada CC.

Para este ltimo bloco usual utilizar-se circuitos integrados reguladores que soencontrados no comrcio quer com valores fixos de tenses de sada (5, 6, 9, 12,15VCC, etc.), quer com sada varivel. So classificados, alm disso, pela intensidade

mxima de corrente que podem controlar.

Fig.06


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Tanto a placa de circuito impresso com o circuito da fonte retificador, quanto otransformador abaixador sero simetricamente inserido em caixa metlica apropriadapara tal aplicao, como a ilustrada logo abaixo na fig.09.

Fig.09

A seguir tem-se na sequencia de imagens que vai da fig.10 fig.15 a fonte retificadora ja acoplada em sua caixa metalica definida, restando apenas a devida fixao dosequipamentos.

Fig.10


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Fig.11

Fig.12

Fig.13


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Fig.14

Fig.15


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RESULTADOS

Na fig.16 pode-se observar as tenses de sada para cada plo, bem como a tenso desada entre plos.Abaixo tem-se o circuito da fonte retificadora do qual foram realizados os testes que

sero mostrados a seguir.

Fig.16

A fig.17 mostra a senide da tenso de entrada em D1 e D2.

Fig.17


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Para o circuito com com tenso de sada com valor negativo, a senide para D1 e D2 igual a da Fig.17 acima, ou seja a tenso de entrada a mesma para os dois circuitos.J a senide obtida para C3 e C4 no ciruito em questo no, no visivel a sinalizaodo carregamento do capacitor, porm tanto C1 quanto C2 teem o mesmo valor.

Fig.20

A senide para a carga no circutio com tenso negativa, tambem se coporta conformeesperado, tem-se ento na sada deste cicuito aproximadamente -5V, conforme figuraabaixo.

Fig.21


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Na fig.22 a seguir tem-se a sinalizao da senide para as sada de ambos os circuitos,pode-se notar que suas tenses se somam, totalizando aproximadamente +10V.

Fig.22


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LISTA DE COMPONENTES

Item Descrio do componente eletrnico ou pea

01 Resistor 1K ou 1K2, 1/8 watts02 Led, 5mm, vermelho com porta-led rosqueado.04 Diodo retificador, 1N400705 Capacitor eletroltico, 1000uF, 25V, radial06 Capacitor de cermico, 100 nF07 Capacitor eletroltico, 100uF, 16V08 CI regulador, 7805, 1A09 CI regulador, 7905, 1A

Tab.01

Componentes adionais para a montagem:

13Caixa para montagem, metlica com tamanho suficiente para caber a

placa e o transformador14 Bornes para fixao na caixa (01 Azul, 01Verde e 01Branco)16 Chave on-off, a ser fixada na caixa17 Porta fusvel a ser fixado na caixa, com fusvel de 500 mA18 Cabo de fora duplo, para montagem (4m)19 Parafusos e porcas para fixao do transformador e da placa21 Placa de fenolite face simples, mnimo 10x10 cm22 250g de percloreto de ferro para corroso da placa

23 Caneta para circuito impresso24 Furador manual ou furadeira com bloca fina (mximo 0,8 mm)25 Bombril (uma caixa) / parafusos26 Transformador 127 VCA, sadas +12, -12 e terra (center tap), 500mA.27 ferramentas: ferro de solda, solda, multmetro, furadeira, etc.

Tab.02


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CONCLUSO

pos realizado o estudo da estrutura proposta para este projeto, algumas caracteristicasde operao puderam ser comprovadas be como algumas situaes previamente noprevistas foram verifiadas. E de posse desses novos conhecimentos, alguns comentrios

podem ser tecidos.Verificou-se que a estutura desenvolvida bastante auspiciosa para a proposta que sefez, tendo em vista sua baixa complexidade de implementao e baixo custo deproduo frente aos resultados obtidos.Uma caracteristicas a ser destacada, em relao aos tempos de conduo dos diodos,quando da insero de capacitores na sada dos retificadores. Percebeu-se por esteprojeto que estes tempos reduzem, uma vez que que os diodos somente entram emconduo quando a tenso de entrada estiver acima da tenso instntanea doscapacitores.Como sugesto, pensando numa futura miniaturizao desta fonte, poderia adotar-se umtransformador com tenes no secundrio, mais alta do que o usado neste projeto, pois talmudana, possibilitaria a reduo dos capacitores de entrada dos reguladores de tenso,sem risco de perda da regulagem, pois assim a ondulao da ten~soa nos capacitorespoderia atingir niveis mais altos, e ainda serem toleraveis pelos reguladores de tenso.


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BIBLIOGRAFIA

http://www.coinfo.cefetpb.edu.br/professor/ilton/apostilas/discip_yahoo/iltonlb/fonte/index.html

http://www.dei.uminho.pt/pessoas/lgoncalves/PCI-Page/PCI.html http://elektron.no.sapo.pt/circuitos%20impressos1.htm http://www.alldatasheet.com/ http://www.datasheetcatalog.com/ www.feiradeciencias.com.br_sala15_15_07a


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ANEXOS

Eparte integrante deste trabalho, os datasheets dos componentes relacionados aconstruo do projeto proposto, tais como CIs LM7805, LM7005 e dido 1N4007.

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