PROJETO Fonte de alimentao CC profissional 0-40V, 0-4A

Quando queimou minha fonte CC ajustvel de bancada, de construo artesanal, pensei em comprar uma

nova, mas o custo de um equipamento de qualidade me fez optar novamente pelo faa voc mesmo.

Vasculhei muitos artigos de eletrnica, em busca de uma fonte com boa relao custo-benefcio e que

utilizasse peas de fcil reposio.

A inteno era dispor de uma fonte melhor, pois a anterior tinha um problema chato, que era a elevao da

tenso de sada aps o desligamento. Da lembrei de uma antiga revista Elektor, onde encontrei o projeto

desejado.

Conto aqui como foram feitas a montagem e as pequenas alteraes no circuito, que entrega de 0 a 40V CC,

com controle de corrente de 0 a 4A. Tem proteo total contra curtos-circuitos e compensao para a queda

de tenso nos cabos.

uma fonte de bancada de tima qualidade, confivel, que utiliza componentes corriqueiros e baratos e

dispe de mais recursos que a maioria das fontes comerciais.

O projeto

No projeto original revista Elektor n 24, de julho de 1988, primeira edio brasileira [1] constavam os

valores de 35V e 3A mximos, mas quando reli o texto, percebi que era possvel aumentar estes limites,

praticamente sem modificar o circuito.

Este artigo fez parte, aparentemente, de todas as edies da Elektor mundo afora, pois o stio italiano HP6400

[2] disponibiliza a revista com o mesmo texto (em italiano, obviamente). L na Itlia, o artigo foi publicado na

revista 47, de Abril (Aprile) de 1983.

A fonte utiliza componentes extremamente comuns e baratos, fceis de encontrar em sucata. Mesmo

utilizando substitutos mais modernos e equivalentes, como os transistores de sada e os comparadores, o

projeto no precisa ser modificado.

No irei explicar o que aquele texto fez muito bem, sobre o funcionamento da fonte e suas caractersticas

peculiares. Basta dizer que utiliza o tradicional LM723, auxiliado por dois comparadores LM741 e necessita de

transformador(es) com enrolamentos independentes, um para a alimentao dos integrados e outro para a

sada da fonte.

Preferi um projeto com controles totalmente analgicos, por causa da simplicidade do circuito e para dispor de

ajustes imediatos. Uma fonte com microcontrolador poderia ser mais exata, mas perderia na rapidez para

alterar a tenso ou corrente, que normalmente seria feita atravs de botes.

Apesar de ser um projeto com mais de 30 anos, tive vrias e agradveis surpresas com este circuito. Por

exemplo, uma caracterstica difcil de ver em projetos de fontes ajustveis por a a tenso inicial. Esta fonte

comea em zero Volt mesmo, com limitao mnima de corrente em torno de 2mA (depende da qualidade do

potencimetro).

Figura 1 Fonte em uso como testador de diodos zener.

Isto permite um recurso muito interessante: a fonte pode servir como testador de diodos zener de at 40V

(igual ao valor mximo da tenso de sada da fonte). Ao espetar um zener nos terminais da fonte, ligado

corretamente (para zeners, o ctodo no positivo), deixando a corrente em zero e elevando gradualmente

a tenso de sada, ela subir s at o valor que o zener deixar. Com isso, o voltmetro da fonte indicar a

tenso do diodo, como na figura 1, onde o zener testado de 10V. Chega de espremer as vistas a olhar as

letrinhas apagadas nos diodos

Ento, para testar diodos necessrio manter o ajuste da corrente de sada sempre no mnimo. Esta corrente

suficiente para obter uma estimativa de tenso do diodo sob teste. Mas se a corrente subir, no mnimo voc

poder queimar o diodo, ou seus dedos

A figura mostra o display da fonte em zero, enquanto que o multmetro indica 15mA. Logo a seguir conto o

que aconteceu.

Os mostradores

O primeiro progresso em relao minha antiga fonte de bancada foi a instalao de mostradores (displays)

independentes, para corrente e tenso. Chega de escolher a grandeza com uma chave (figura 2). A medio

on-line facilita muito os experimentos, pois no h a necessidade de ligar multmetros para medir a corrente

e/ou tenso que a fonte entrega, alm de diminuir a confuso de fios e instrumentos na rea de trabalho. As

informaes sempre esto disposio.

Figura 2 Fonte antiga, que queimou e ser substituda.

Escolhi no utilizar mostradores analgicos para corrente e tenso, como os do artigo original, pois eles so

frgeis e necessitam de um tempo para interpretao, ao passo que os instrumentos digitais de hoje so

baratos e sua indicao pode ser vista mesmo no escuro. Apesar disso, reconheo que os mostradores

analgicos tem como vantagens a rapidez de resposta e a simplicidade de instalao.

Consegui na internet mdulos de medio independentes, com LEDs de cores diferentes, para tornar mais

cmoda a visualizao. As cores foram escolhidas para haver bastante diferena entre corrente e tenso, de

modo a diminuir as confuses durante as medidas. O voltmetro comprado mede at 100V e tem LEDs

amarelos e o ampermetro alcana 10A, com LEDs azuis.

S que, em razo do baixo preo dos medidores, sempre vem junto algum problema na qualidade final. Neste

caso, a leitura com claridade era muito ruim, tinha pouco contraste e era fcil de confundir os nmeros.

Foi necessrio intercalar na frente de cada display um filme plstico colorido. a conhecida gelatina de

iluminao, que tem cores bem definidas e muito melhor que o celofane colorido. encontrada em lojas de

sonorizao e iluminao profissional.

Figura 3 Ampermetro desmontado, com pelcula

colorida, junto lmina difusora do ampermetro.

Figura 4 Dois ampermetros, um deles com a

pelcula azul.

Figura 5 Comparao dos dois ampermetros,

ligados na mesma alimentao. O medidor da

direita no tem o filme colorido e est indicando

0.00, mas quase no se percebe.

Figura 6 Voltmetro montado.

Figura 7 Voltmetro ligado, com as pelculas.

A caracterstica destas pelculas deixar passar somente a cor desejada e filtrar o resto. Isto facilita a leitura

e aumenta o contraste, como possvel perceber nas figuras 3, 4 e 5. As cores escolhidas foram iguais s dos

LEDs, azul e laranja, para corrente e tenso, respectivamente.

A cor laranja deste filme to forte que parece vermelho, como se nota nas figuras 6 e 7. Mesmo assim,

nesta cor foram aplicadas duas camadas de gelatina e o contraste no ficou to bom quanto no display azul.

A lmina original, incolor, corrugada e transparente, que tem a funo de dispersar a luz, foi mantida e ficou

na face externa.

No painel, os mostradores foram dispostos afastados um do outro. Cada um tem abaixo dele uma enorme

letra, que indica a grandeza medida (V ou A).

Figura 8 LED pisca-pisca, com oscilador embutido (rea preta).

Para outro indicador, o LED que indica curto circuito, foi escolhido um tipo que pisca sozinho, o LED flasher.

Ele tem embutido no invlucro o oscilador (figura 8) e ao ser energizado, comea a piscar. O LED foi colocado

ao lado do ampermetro e ajuda a chamar a ateno no caso de ser ultrapassado o limiar (ajustvel) da

corrente mxima.

Problemas com o ampermetro

A colocao de medidores digitais requer fontes de alimentao independentes. Obrigatoriamente, uma para

cada medidor, de modo a evitar influncia mtua.

No incio, montei somente uma fonte isolada para os dois medidores, mas durante os testes, comearam a

aparecer problemas estranhos, que somente desapareceram com a retirada do ampermetro.

Para resolver o problema, foi montada outra fonte, com um pequeno transformador de gravadores K7, com

10VCA, acoplado a uma plaquinha com 4 diodos e um capacitor (figura 9). A tenso no muito importante,

pois estes mdulos funcionam bem desde 6 V at alm de 20VCC, sem estabilizao. Resolvida a questo da

alimentao dos mostradores, os desafios continuaram

Figura 9 Transformador e fonte auxiliar, adicionados para isolar a alimentao do ampermetro.

O ampermetro conseguido inicialmente e que est em vrias das fotos, tinha alcance original de 50A. Como

dispunha de somente um dgito aps a vrgula, modifiquei o alcance para 10A, com a troca do resistor de

shunt original, externo, por outro, construdo especialmente (figura 10).

Como no seria possvel alterar facilmente a posio do ponto decimal (o chip no tem qualquer identificao

e teria que alterar as ligaes do display), tapei com fita isolante o ponto original e colei uma bolinha branca,

uma casa esquerda. Depois, comprei um mdulo para 10A, que tem o shunt interno e vem com o ponto

decimal na posio desejada. E a veio a grande dor de cabea

Os dois mdulos so do modelo C27D, utilizam a mesma placa, com pequenas diferenas, como possvel

perceber na figura 11. S que no modelo de 10A, a preciso com baixas correntes foi inaceitvel.

Para aferio, foi montado um circuito de teste, com a ligao em srie de dois multmetros e um resistor de

fio de 15 ohm, 5W, na sada da fonte. Os multmetros foram ajustados como ampermetros, na escala

adequada. Com a ligao, a corrente que passa pelos 3 ampermetros e a carga (o resistor) a mesma.

uma forma de minimizar os erros nas medies. A tenso de sada da fonte foi ajustada conforme a corrente

desejada de teste.

Para correntes de 0,99A ou maiores, o mdulo do ampermetro funciona bem, est correto (figura 12). Mas,

abaixo de 200mA, o instrumento aumenta o erro e chega a uma casa decimal: quando a corrente

100mA, indica 0,01A (figura 13). Deveria indicar 0,10A. Abaixo de 90mA, no indica nada (tinha que

mostrar 0,09 e exibe 0,00 figura 14).

Inicialmente, pensei que poderia haver alguma interao com a fonte de alimentao, que influenciaria a

medida, o que no se comprovou. Medi a corrente com o mdulo ligado externamente e o problema

continuou. Mesmo reajustando o micro-trimpot no ampermetro as fotos mostram o painel da fonte

entreaberto -, ficou tudo na mesma.

Alm disso, a precauo de evitar o conector para a corrente, com a solda direta dos fios ao mdulo (figura

15), evitou as falhas, mas no ajudou na preciso.

Figura 10 Shunt original de 50 A e resistores de fio formando um shunt para 10A. Foi trabalhoso constru-

lo

Figura 11 Ampermetros de 50A e 10A. O shunt o fio grosso, direita, embaixo, e corresponde ao modelo

de 10A.

Figura 12 Teste de corrente a 0,99A, com os 2 multmetros, mais o mdulo ampermetro da fonte, ligados

em srie com a carga. Todos esto iguais.

Figura 13 Teste de corrente a 0,10A, o ampermetro da fonte indica uma casa decimal a menos.

Figura 14 Teste de corrente a 0,09A, o ampermetro da fonte no indica nada.

Figura 15 Ligao do ampermetro com solda, evitando o conector.

No me contive e testei novamente o ampermetro antigo, para confirmar se o problema era naquela unidade

ou uma caracterstica de fabricao. O outro modelo, de 50A, no mede abaixo de 20mA. Acredito que seja

problema na programao do microcontrolador, ou uma simplificao interna na amostragem, que estraga a

resoluo.

Outra limitao que estes mostradores no medem com a polaridade invertida, a entrada no

flutuante. Se inverter a polaridade da corrente ou da tenso, o mostrador no exibe corretamente,

geralmente fica em zero.

Como s notei isto depois de algum tempo, no tive nem como reclamar ao vendedor. Fico indignado quando

compro um produto que no cumpre a funo que deveria desempenhar. O preo baixo tem sempre seu

contragolpe, apesar dos voltmetros que comprei no terem nenhum problema grave. Inclusive, foi por isto

que pensei em converter um voltmetro em ampermetro.

Convertendo um voltmetro para ampermetro

Lembrando, para quem sempre se confunde, que ampermetro o instrumento que fica em srie com a

carga e deve ter baixssima impedncia (como um fio o shunt), ao passo quevoltmetro fica em

paralelo com a carga e desejvel alta impedncia, para no interferir nas leituras.

Em corrente alternada, pode ser necessrio voltmetro com impedncia ao redor de 3K ohm, para descartar

leituras errneas de tenses fantasma, induzidas em conexes sem qualquer ligao. So os famosos

multmetros de eletricistas, com medio VCA Lo-Z. Mas isto outra histria.

Quando conheci os voltmetros e ampermetros modulares, fiquei to interessado que adquiri um modelo

menor, que veio com uma caracterstica inesperada, o ponto flutuante: conforme a tenso de entrada, ele

muda o ponto de lugar (figuras 16 e 17).

Desconsiderando a diferena de tamanho, seria um timo substituto para o ampermetro de LEDs azuis. Ele

somente tem dois fios de ligao, pois foi projetado para ler a prpria tenso de alimentao, que deve estar

entre 5 e 30VCC.

Foi possvel separar a entrada para leitura da tenso de alimentao (figura 18), modificando a posio do

resistor de 68K (marcado como 683), como possvel perceber na figura 19.

Figura 16 Voltmetro miniatura com 5V de tenso na entrada.

Figura 17 Voltmetro miniatura com 10V de tenso na entrada cuidar a posio do ponto, que mudou.

Figura 18 Vista da placa do mini voltmetro original, com dois fios. A tenso de alimentao a que

medida. O resistor de 5K1 (512) est montado sobre outro, de 2K4 (242).

Figura 19 Vista da placa do mini voltmetro modificado, pode-se notar a mudana de posio do resistor de

68K e a incluso do fio laranja, que agora a entrada para medio.

Feita a separao entre medio e alimentao, o instrumento apresentou outro problema. Colocado um

divisor resistivo na entrada, feito com um trimpot multivoltas, de modo a adaptar a leitura sobre R21 (que

o shunt original da fonte), tivemos outra decepo: a falta de linearidade.

O voltmetro tinha que receber na entrada aproximadamente 800mV, que foi a tenso medida sobre R21,

quando atravessado pela corrente mxima de 4A. O instrumento, com esta tenso na entrada, deveria indicar

4.00, o que o converteria em ampermetro.

Ajustado o trimpot, foi constatado que a leitura das tenses no regrediu linearmente, aumentou o erro

conforme diminuia a tenso sobre R21. Ainda por cima, o instrumento no leu correntes menores que 80mA.

possvel que a impedncia de entrada exera alguma influncia na medio, mas no h qualquer

informao adicional sobre estes mdulos, so uma caixa preta. muito estranho que todos eles, sem

exceo, no exibem qualquer inscrio no integrado principal. Parece que foram feitos apenas para bonito,

no so precisos.

Sem mais um pingo de pacincia, recoloquei o ampermetro anterior, com a lembrana de que no posso me

basear nele para correntes menores que 200mA.

Este ampermetro ficar na fonte s at eu encontrar outro melhor. Neste caso, posso dizer que estou um

pouco arrependido de no utilizar os galvanmetros tradicionais, que no causariam uma discrepncia to

grande. Mas os j citados benefcios dos indicadores digitais ainda superam, ao menos para mim, aqueles

antigos instrumentos.

Para quem for montar a fonte com indicadores digitais, poderia adaptar um multmetro comum, vendido a

menos de 20 reais e mont-lo no painel da fonte, deixando somente odisplay vista. Alis, foi isto que fiz em

minha fonte anterior (rever a figura 2). S que para chavear de tenso para corrente, foi necessrio incluir

um rel, que trocava as ligaes.

Atualmente, pelo preo que se paga por estes pequenos multmetros possvel at comprar dois, um para

tenso e outro para corrente. O espao ocupado pode ser grande, mas seriam mais confiveis.

Neste caso, a alimentao dos multmetros deve ser individual e de excelente qualidade, totalmente isenta de

rudos. Parece fcil, mas trabalhoso. Pode-se procurar na internet o esquema de algum multmetro de

bancada e ver como feito. Ou, mais simples, manter as baterias, desde que exista um modo de deslig-las.

Por exemplo, com um rel acionado pela alimentao da fonte.

H tambm mdulos de LCD de 3 1/2 dgitos venda na internet, com fundo de escala de 199mV.

Provavelmente, so baseados no clssico integrado ICL7106, que o corao de todo multmetro comum de 3

1/2 dgitos. uma opo interessante.

Poderia ser til dispor de mdulos com mais casas decimais, como os da fonte da figura 20. Ainda no os

encontrei no Brasil, com um preo aceitvel e na cor desejada, s em fornecedores estrangeiros.

Figura 20 Fonte de bancada com displays de maior preciso (4 dgitos). Fonte: Farnell [30].

O transformador

Consegui colocar nesta fonte um transformador toroidal, que era originalmente um autotransformador. Para

ver como ele foi adaptado, consulte o post anterior. A vantagem deste componente , principalmente, a

facilidade de adicionar enrolamentos, a qualquer tempo (desde que haja espao).

O autotransformador veio a calhar porque permitiu utilizar o enrolamento existente como primrio. Foram

bobinados 3 secundrios: 34VCA para a sada da fonte e 12+12VCA para o circuito de estabilizao (figura

10). Tambm foi includa uma sada de 7VCA para os medidores digitais. uma tenso intermediria, no

muito baixa nem alta, pois os medidores aceitam desde 5 at 30VCC.

Nota: J comentei no texto que por caractersticas intrnsecas do ampermetro, foi necessrio adicionar um

enrolamento CA exclusivo para este instrumento. Para isto, foi agregado um pequeno transformador ao

gabinete, j que no cabia mais nada no transformador toroidal.

Figura 21 Enrolamentos do transformador para a fonte de 0-40V, 0-4A.

Figura 22 Transformador rebobinado, j montado na fonte.

Como o artigo aventava a possibilidade de modificar a tenso e corrente mximas de sada, o transformador

foi enrolado com uma tenso um pouco maior que o valor requerido originalmente.

Mas, na prtica, a teoria outra O transformador, que era para ter 37VCA, ficou com 34VCA. A razo

disso que as medies foram feitas tarde da noite, quando a tenso da rede eltrica sobe para alm dos

220VCA.

Na pressa de concluir o enrolamento, no compensei a tenso CA no Variac (um transformador, tambm

toroidal, continuamente ajustvel e que forneceu a tenso de teste). Da, retirei algumas espiras do

enrolamento de 37VCA, antes de verificar qual era a tenso na entrada do transformador. Apesar de ter

ficado com 34VCA, a fonte entrega tranquilamente os 40VCC, pois a retificao e filtragem aumentam a

tenso CC disponvel (aproximadamente 1,414 vezes, quando sem carga).

A tenso de sada da fonte abaixa para 38VCC, quando a carga drena 4A, com tenso da rede de 220VCA

(figura 23). Isto, sem trocar o capacitor C10, de 4700uF, por outro maior. Para a maioria das minhas

aplicaes, est bem satisfatrio. Daqui a alguns anos, talvez eu troque o transformador, ou o reenrole com

mais cuidado

Figura 23 Fonte sob carga mxima. Notar o aquecimento do resistor de 10 ohm, que est vermelho e

soltando fumaa.

A sada de 12+12VCA do transformador, enrolada em outro momento, ficou 1VCA mais alta que o desejado,

resultando em uma alimentao simtrica de +-18,5VCC, aproximadamente. Ela ultrapassa a tenso mxima

de trabalho dos amplificadores operacionais utilizados (LM741CN, ver referncias [3] a [6]). Aqui, talvez, teria

sido mais prudente incluir reguladores de +-15VCC, para evitar problemas de sobretenso. Mas at agora, os

comparadores aguentaram bem o excesso. H uma linha do operacional 741 que tolera at +-22VCC (741,

741A e 741E) e possvel que os componentes com o sufixo CN aceitem tenses um pouco alm dos +-

18VCC.

Apesar do meu descuido, certo que faltou um estabilizador de tenso para manter um padro razovel para

os testes. E no estou falando de estabilizadores simples, utilizados em computadores, que arruinam muito

mais a energia fornecida do que a melhoram.

Falo de estabilizadores reais, com sada senoidal pura ou prxima disso, como os da CP eletrnica [7], por

exemplo. Esta renomada empresa, hoje parte da Schneider Electric, disponibiliza diversos artigos tcnicos

sobre energia em sua pgina na internet.

Mas estes equipamentos custam caro, por isto o mais prtico e ainda dispendioso utilizar um Variac

(variable transformer) e conferir sua tenso de sada a cada medio. Quem quiser conhecer melhor este tipo

de transformador, acesse as referncias [8] at [11].

Em ltimo caso, ainda poderia ser utilizado um estabilizador para computadores. Mas teria que ser aquele

modelo que realiza o chaveamento da tenso de sada com TRIACs, no com rels. So aqueles

extremamente silenciosos, que nunca fazem o famoso tlec-tlec.

Erro na lista de material

interessante notar que h um erro que no foi corrigido no projeto da Elektor, tanto no artigo em portugs

quanto em italiano, que o valor de C1 e C2. Na lista de material consta 100uF/25V, mas no esquema

aparece 1000uF. Pelo tamanho dos capacitores na placa e pela sua funo (filtragem da fonte simtrica

interna), obviamente os valores corretos so os do esquema.

O nico componente incomum do projeto o transistor BD241. Como substituto, pode ser empregado o

TIP31A ou o TIP41A. O sufixo pode tambm ser B ou C, que exibem tenses maiores entre coletor e emissor

(Vce). vantajoso escolher o transistor com maior ganho, pois ele ir formar a configurao Darlington de

sada.

A placa de circuito impresso

O projeto original da placa no era bem o que eu queria, pois utilizava capacitores axiais, que so difceis de

encontrar. Por isto, redesenhei parte do circuito impresso e fiz pequenas alteraes, como a incluso de fonte

para os mostradores e a separao do estgio de potncia. Alm disso, como a placa foi adaptada para

mostradores digitais, foram excludos R25, R26, P3 e P4. Se o leitor pretender utilizar os indicadores

analgicos de corrente e tenso, melhor ser montar a placa do artigo original da Elektor.

Para montar uma fonte destas devo lembrar que, com mostradores digitais de corrente e tenso, o circuito

precisa de 4 secundrios isolados, provenientes de um ou mais transformadores: os originais 33VCA/5A (Tr1)

e 12+12VCA/0,4A (Tr2) e outros dois, cada um deles com sada entre 5 e 15VCA, com corrente de 0,5A, para

os mostradores. Com galvanmetros, estes dois ltimos enrolamentos no so necessrios.

O esquema da fonte est na figura 24. O projeto da placa em pdf est AQUI. O projeto completo, com os

arquivos KICAD e todos os pdf, est NESTE LINK.

Os jumpers JP1, JP2 e JP3 foram includos no desenho para facilitar o roteamento automtico (router) das

trilhas, quando se utiliza no KiCad uma s camada de circuito impresso.

Figura 24 Diagrama esquemtico da fonte CC de 0 a 40V e 0 a 4A.

Nem todos os capacitores foram alterados para o formato radial. Como eu tinha em estoque dois eletrolticos

axiais de 1000uF/25V, novos e de tima qualidade, classe 105C, mantive os lugares de C1 e C2. Para C10,

de 4700uF/70V, deixei espao para modelos maiores, pois h grande diferena de uns anos para c (figura

25). Isto tambm facilita aumentar a capacitncia, que necessrio quando se deseja fornecer correntes

acima de 3A.

Figura 25 Capacitores eletrolticos de mesmo valor, mesmo modelo e mesmo fabricante, produzidos com 15

anos de diferena.

Os diodos, por sua vez, foram utilizados os disponveis no estoque. Para a retificao dos 4A, a placa foi

modificada para receber 4 diodos 6A8, que aguentam at 6A. Deste modo, fica reduzido o estresse sobre o

estgio de retificao. As outras duas fontes foram feitas com pontes retificadoras comuns, de 1 ou 2A.

Outra alterao no projeto original foi a incluso de um ajuste fino da tenso de sada. Era outra das

dificuldades de minha fonte anterior: ajustar exatamente a tenso desejada. Foi adicionado um potencimetro

de 2K2 ohm em srie com P1, de 50K. O valor dele foi escolhido para modificar a tenso em torno de 5%.

Com os dois potencimetros em zero, a sada zero Volt. Com P1 em zero e o ajuste fino no mximo, a sada

fica em 2,3VCC.

Pensei em utilizar um potencimetro multivoltas para o lugar de P1, em vez do ajuste adicional, mas muitas

vezes h a necessidade de mudar rapidamente a tenso e rodar 10 voltas no ajuda muito

No achei necessrio fazer o mesmo para a corrente de sada, pois a exatido desta grandeza no to

importante quanto a tenso, ao menos no meu caso. No perodo de 16 anos em que fiquei com a outra fonte,

s senti falta de um controle de corrente, mas nada muito preciso.

Para quem trabalha frequentemente com fontes de corrente constante, como os circuitos com LEDs, o ajuste

fino de corrente de poderia ser uma opo interessante. Neste caso, um ampermetro com mais uma casa

decimal ajudaria para visualizar um resultado preciso.

Para o desenho do esquema e da placa de circuito impresso, foi utilizado o KiCad. um excelente

aplicativo CAD para eletrnica, totalmente gratuito. CAD quer dizer Computer Aided Design projeto auxiliado

por computador. O KiCad tambm dispe de mdulo de roteamento automtico de trilhas e de visualizador

tridimensional da placa montada. Para quem quiser conhecer o KiCad, acesse o link na referncia [12].

S que na hora de repassar o desenho para a placa real e corro-la, preferi o mtodo tradicional, com a folha

impressa espelhada, a caneta para retroprojetor e uma antiga lmina de barbear (figuras 26 a 34). que

ainda no me acertei com aquele esquema de ferro de passar roupa e papel glossy

Figura 26 Raspando os excessos com gilete

encapada em fita crepe.

Figura 27 Trilhas corrigidas, antes da corroso.

Figura 28 Projeto da placa no KiCad, lado

cobreado.

Figura 29 Placa pronta para corroso.

interessante comparar com a figura anterior

Figura 30 Placa corroda, onde possvel ver as

falhas da cobertura de cobre.

Figura 31 Placa com verniz (breu diludo em

lcool isoproplico).

Figura 32 Vista do lado dos componentes,

durante a furao.

Figura 33 Projeto da placa no KiCad, lado dos

componentes.

Figura 34 Placa pronta e montada, faltando apenas R21, R4 e R16. ATENO: o diodo D1, junto ao LM723,

est montado invertido.

O mtodo simples. Para comear, coloco a placa cortada no tamanho final, sem rebarbas, limpa com palha

de ao (o lado cobreado) e fixada pelas bordas mesa, com o cobre virado para cima. Alinho a ela a folha

impressa com o lado cobreado (impresso espelhada do KiCad) e comeo a marcar levemente os furos, com

um fino puno de ao. Aps, retiro o papel e fao as trilhas com a caneta para retroprojetor (ou para CD),

sempre cuidando o desenho impresso. Os retoques finais so feitos com uma lmina de barbear, para

remover qualquer curto-circuito. Eventualmente necessrio refazer alguma trilha.

Para apressar a corroso, costumo deixar exposta a menor quantidade possvel de cobre, para ser removido

no banho de percloreto de ferro (ou cloreto frrico, a mesma coisa). Isto tambm aumenta a durabilidade

do lquido corrosivo. A economia de tempo necessria para evitar que a camada de tinta da caneta comece

a levantar. No interessante apressar a corroso com o aquecimento da soluo, pois os desenhos feitos a

caneta das trilhas, soltaro mais rpido ainda

Se a placa fosse menor, eu a teria corrodo dentro de um frasco de vidro com a tampa lacrada. O lacre um

saco plstico fino, com papel absorvente no interior, colocado entre a tampa e o vidro. Melhor usar vidro do

que plstico, para enxergar bem a corroso.

Derramando (per)cloreto de ferro at a metade da altura da placa, ou pouco mais, s fechar a tampa e

agitar bastante. Para evitar vazamentos, o frasco de vidro fica dentro de um saco plstico. Com isso,

possvel corroer uma placa em at 3 minutos, depende da temperatura ambiente e do vigor da agitao.

No KiCad, fica trabalhoso ampliar as reas de cobre. Na figura 28 aparece a placa projetada, apenas com

trilhas finas. As figuras 29 a 31 mostram a placa, antes e depois do banho de percloreto. Se no olharmos

bem, parece outro circuito

A conexo do negativo da fonte foi espalhada para cobrir as reas livres, mas nunca fazendoloop de terra

(ligao vinda de mais de um lugar, formando um anel). Em udio, este procedimento costuma melhorar

muito a relao sinal/rudo e sempre til em caso de alteraes no projeto. Este mtodo de confeco de

placas j foi comentado em post especfico.

Comparando o esquema da figura 24 com o desenho da placa (figura 33), nota-se que h vrias peas que

no esto no circuito impresso. que C12 conectado diretamente nos bornes de sada, conforme orientao

do artigo da revista. E os componentes T2, T3, T4, T5, R17, R18, R19 e R20 formam o bloco de potncia,

comentado mais frente.

Na placa montada (figura 34), pode-se ver que os circuitos integrados utilizam soquetes. Se no for possvel

conseguir soquetes torneados, de boa qualidade, melhor soldar direto os circuitos integrados. Porque o

equipamento no para dar defeito pelos prximos 10 ou 20 anos, no mnimo.

A simplificao do circuito

Durante os testes, foi percebido que a fonte pode comportar-se mal se as conexes sensoras (Us) utilizadas

para monitorar e compensar a tenso de sada -, no forem ligadas junto a seus respectivos plos, em todas

as situaes de uso. Ou seja, se o leitor montar esta fonte, conforme projetada originalmente,

sempre ser necessrio utilizar os cabos de alimentao compensados (figuras 35 e 36).

Estes cabos tem duas ligaes para cada plo, que so unidas na respectiva garra jacar. Por isto que a

fonte tem 4 bornes de ligao na sada. Dois fios (um positivo e outro negativo) carregam a tenso de sada

da fonte. Os outros dois, devolvem para a fonte a informao da tenso presente nas garras jacar. Deste

modo, o circuito compensa, sempre que necessrio, qualquer alterao na tenso de sada.

Assim, teremos l nos pontos onde as garras tocam, exatamente a tenso desejada. Por isto, sempre mais

correto determinar a tenso de sada ANTES de ligar a carga (sem qualquer consumo de corrente).

Figura 35 Ligao da sada da fonte Elektor. No painel montado, os terminais +Us1 e -Us2 esto

posicionados entre +U1 e -U2.

Figura 36 Cabos compensados, ligados na fonte com os terminais sensores (Us). Cada plo tem as ligaes

U e Us unidas somente na garra jacar.

Figura 37 Fonte ajustada para 20V, corrente mxima, sem carga.

Figura 38 Fonte ajustada para 20V, corrente mxima, com carga. Observar a diferena entre as tenses, na

fonte e no multmetro.

Fiz um teste simples para demonstrar o funcionamento deste recurso, nas figuras 37 e 38. Como carga, foram

empregadas duas lmpadas incandescentes de 12V-21W, ligadas em srie. So as tpicas lmpadas utilizadas

nos pisca-pisca dos automveis.

O multmetro est conectado s garras jacar, onde a carga ser ligada. Na figura 37 a carga no est

conectada fonte, por isso as tenses do voltmetro da fonte e do multmetro so exatamente iguais

(20,0VCC).

Mas quando as lmpadas so conectadas (figura 38), o voltmetro da fonte informa 20,2VCC, ao passo que o

multmetro continua indicando 20,0VCC. H, portanto, 200mVCC (0,2VCC) de queda de tenso na fiao at a

carga. Este valor corresponde a 1% da tenso desejada, quando o consumo de corrente de somente 1,29A.

Todos os cabos apresentam alguma resistncia (e consequente queda de tenso). O efeito facilmente

observvel com altas correntes e com cabos finos e/ou longos. Com a elevao da corrente sobre a carga, a

queda de tenso aumenta proporcionalmente na fiao, pois uma tpica aplicao da lei de Ohm, onde V=RI

(tenso igual a resistncia multiplicada pela corrente).

Em nosso caso, os cabos apresentam uma resistncia total de 0,155 ohm (R=V/I). Neles, a queda de tenso

para uma corrente de 4A, por exemplo, chega a 0,62VCC. Ento, se alimentssemos um circuito com 5V, que

consumisse 4A, teramos uma perda de 12%, se no houvesse a compensao da fonte, pois o circuito

receberia somente 4,38VCC (5 0,62VCC).

Figura 39 Comparao entre o cabo superflexvel para pontas de prova (abaixo) e um cabinho 20 AWG.

Em razo disso, o calibre (bitola) dos cabos de alimentao dever ser grosso, para evitar o aumento das

perdas. No meu caso, utilizei cabos especficos para pontas de prova (extra flexvel), comprados em lojas de

eletrnica. Montei eles com 100 cm de comprimento. A bitola parece 0,50mm ou menor, quando comparado

com um cabo 20AWG (0,58mm figura 39). uma seo insuficiente para carregar as altas correntes que a

fonte pode gerar. Apesar disso, o circuito de compensao resolve por enquanto meu problema.

Figura 40 Esquema simplificado da fonte Elektor.

Para quem tem pouca experincia com eletrnica, talvez seja melhor montar um circuito simplificado, sem a

compensao da tenso de sada. Excluindo alguns componentes (R23, R24, C11 e os terminais Us1+ e Us2-

), a fonte fica mais simples de montar e utilizar.

Neste caso, R23 e R24 devem ser trocados por jumpers e os cabos de alimentao CC tero que ser mais

curtos, com bitola 1,5 mm ou maior. A figura 40 traz o esquema desta mesma fonte, com as simplificaes.

O arquivo PDF est AQUI e em formato KiCad, AQUI.

Outra opo seria incluir uma chave de boa qualidade, para escolher entre medir com a compensao de

tenso ou no, da maneira que a fonte da figura 20 faz. Isto amplia a versatilidade da fonte. Na prtica, o que

a chave faz uma escolha entre unir as entradas sensoras a seus respectivos plos, junto aos bornes, ou

receber as conexes externas de compensao. O artigo da Elektor menciona esta possibilidade.

E eu fiz tambm Aps escrito o artigo, percebi que era fcil incluir uma chave para colocar os bornes em

contato, como possvel ver nas figuras 40A e 40B. A chave s liga cada borne com o seu correspondente,

muito simples. Agora, possvel utilizar cabos comuns, quando desejado. Neste caso, a chave do sensor fica

na posio interno (figura 40C).

Figura 40A Chave includa no painel, para permitir o uso de cabos comuns. As letras entortaram por causa

do verniz anterior, que dissolveu quando foi aplicada a nova camada.

Figura 40B Detalhe da chave no painel da fonte, onde possvel ver as ligaes com os bornes.

Figura 40C Fonte com a chave embutida e com cabos comuns para ligao (cabo Minipa MTL-23).

O mdulo dos transistores de potncia

Pensando na durabilidade desta fonte, deixei a maioria dos componentes de potncia do lado externo do

gabinete. Assim, a conveco natural auxilia o arrefecimento dos transistores, sem precisar de ventoinha. Isto

mantm a fonte silenciosa, mas se necessrio, poder ser acoplada uma ventilao forada para melhorar a

troca de calor.

A ligao do bloco foi simplificada ao mximo, pois ele tem apenas 3 fios. como se fosse um transistor

bipolar NPN qualquer, com coletor, base e emissor, mas de alto ganho e com grande capacidade de corrente.

Isto facilita mudanas ou substituies futuras.

O bloco conta com 3 transistores 2N3055, um TIP41C e os respectivos resistores de emissor. So os

componentes dentro da rea pontilhada, no esquema da figura 24.

Este bloco compe a conhecida configurao Darlington, que a ligao em cascata de um transistor com

outro mais potente. O ganho de corrente da configurao aproximadamente o resultado da multiplicao

dos ganhos dos transistores cascateados. Isto faz com que o conjunto necessite de pouca polarizao

(corrente) de base, para conseguir conduzir altas correntes entre coletor e emissor. Alm disso, a

configurao utiliza 3 transistores de potncia em paralelo, para garantir o fornecimento de corrente, sem

aquecer demais.

O Colgio Parob [13], tradicional escola tcnica de eletrnica, mostra de forma bem prtica o funcionamento

desta ligao. E a Universidade Federal de Pernambuco UFPE [14] disponibiliza slides que explicam

diversas configuraes de transistores, alm de indicar algumas aplicaes.

Nas figuras 41 a 55 pode-se acompanhar um passo-a-passo que demonstra as tcnicas utilizadas para montar

os transistores de potncia nos dissipadores.

Foram escolhidos 3 transistores com ganhos bem parecidos, de modo a fazer com que o aquecimento deles

seja semelhante. Poderia ter optado por utilizar o 2SC5200, que mais moderno, mais fcil de montar e de

encontrar. Mas como eu dispunha de alguns 2N3055 em timas condies e tambm tinha dissipadores j

perfurados para encapsulamento TO-3, fiquei com os transistores metlicos. E o encapsulamento totalmente

metlico mais eficiente na transferncia de calor. Alm do mais, todos os transistores so originais RCA (um

deles fabricado no Brasil), de excelente qualidade e funcionam bem, mesmo aps 30 anos guardados

A montagem destes transistores requer mos, ferramentas e peas bem limpas, alm de pacincia e cuidado,

pois neste trabalho no so tolerados poeira e outros contaminantes slidos.

Figura 41 Componentes para montagem dos

transistores TO-3.

Figura 42 Dissipador para um transistor TO-3.

Figura 43 Transistor TO-3 visto por baixo. O

coletor a parte metlica (carcaa).

Figura 44 Quantidade utilizada de pasta trmica

e esptula para espalh-la.

Figura 45 Pasta trmica depositada sobre a

carcaa.

Figura 46 Colocao da mica isolante.

Figura 47 Aplicao de pasta trmica na mica.

Figura 48 Montagem do transistor TO-3 no

dissipador.

Figura 49 Posicionamento da arruela isolante.

Figura 50 Parafuso montado no transistor TO-3,

sem ligao de coletor. A porca zincada.

Figura 51 Parafuso montado no transistor TO-3,

com ligao de coletor. A porca de lato, para

melhorar a condutividade e evitar oxidao.

Figura 52 Fixao do transistor TO-3 no

dissipador, antes do aperto dos parafusos.

Figura 53 Fixao do transistor TO-3 no

dissipador, aps o aperto dos parafusos. Observar

que a pasta trmica vazou pelos furos da mica,

junto dos terminais de base e emissor.

Figura 54 Aparncia do transistor montado.

Figura 55 Vazamento final de pasta trmica,

junto ao transistor e ao dissipador. prefervel que

no fiquem sobras excessivas, pois a pasta

mida e retm partculas.

As figuras acima mostram que a pasta trmica aplicada em pequena quantidade, apenas suficiente para

realizar a funo de transferncia de calor. Muita pasta tem o efeito contrrio e pode estar encobrindo alguma

partcula intrusa, que poder perfurar a mica ou afastar o transistor do dissipador. No aconselhvel deixar

reas sem pasta trmica.

Aps a montagem dos transistores, necessrio aguardar algumas horas e reapertar os parafusos, pois a

pasta trmica espalha-se lentamente para os lados, afrouxando o aperto anterior. Este procedimento precisa

ser repetido mais uma ou duas vezes, sempre com algumas horas de intervalo, para deixar os transistores

estveis e firmes.

Cada transistor tem seu dissipador individual, que foi unido aos outros com dois perfis de alumnio. Estes

perfis contam com um lado arredondado, que deixa os contornos suaves. Resultou num bloco de fcil

instalao, como mostram as figuras 57 a 74.

Figura 57 Montagem do conjunto, antes de

perfurar os perfis.

Figura 58 Montagem do transistor TO-220 no

dissipador.

Figura 59 O perfil externo de alumnio no faz

parte da fixao do transistor TO-220.

Figura 60 Mdulo de potncia antes da

montagem dos resistores.

Figura 61 Resistores de emissor com um dos

terminais enrolados.

Figura 62 Resistores de emissor com o fio

soldado.

Figura 63 Resistores de emissor com o primeiro

espaguete termorretrtil.

Figura 64 Resistores de emissor com o segundo

espaguete termorretrtil, que protege do contato

com superfcies condutoras.

Figura 65 Resistores de emissor montados no

mdulo de potncia.

Figura 66 Detalhe dos resistores de emissor

montados no mdulo de potncia.

Figura 67 Soldagem das ligaes do mdulo de

potncia concluda.

Figura 68 Mdulo de potncia sem a capa

protetora.

Figura 69 Mdulo de potncia com a capa

protetora.

Figura 70 Remoo dos cantos vivos do mdulo

de potncia.

Os transistores no so casados, tem pequenas diferenas de ganho de corrente (beta). Eles ficaram numa

sequncia em que o ganho vai subindo conforme a altura de montagem. Assim, o transistor que aquece mais

(menor ganho) ficar mais embaixo do que os outros. De certa forma, isto ajuda a equilibrar a temperatura

de todos eles, pois pela conveco, o calor tende a subir para a parte superior do bloco. Tambm por este

motivo que o TIP41C, substituto do BD241, foi montado na parte inferior, na aleta mais distante do

dissipador (figura 58).

Figura 71 Passagem dos fios por debaixo dos

dissipadores.

Figura 72 Bloco de potncia durante montagem

no gabinete.

Figura 73 Posicionamento dos espaadores de

lato de 5mm, para elevar o bloco de potncia.

Figura 74 Aparncia final do bloco de potncia

montado no gabinete.

Os resistores de emissor foram isolados e protegidos com espaguete termorretrtil e a fiao foi conduzida

em forma de chicote, atravs das abraadeiras tipo rabo de rato (figura 67).

Para evitar que partculas caiam nos transistores, foi criada uma capa de alumnio, como mostram as figuras

68 e 69. E as pontas dos dissipadores foram suavizadas, de modo a minimizar as reas cortantes (figura 70).

Alm disso, o bloco ficou montado sobre arruelas grossas, com espessura de 5mm, feitas em lato (mas que

poderiam ser de qualquer outro material resistente ao calor). O distanciamento do bloco para o gabinete

ajuda a conveco natural e d espao para a fiao passar sem apertos (figuras 71 a 74).

A conexo com a rede eltrica

No painel traseiro, fica a conexo da tomada CA da rede eltrica, a chave 110-220V e o porta-fusvel. Optei

por utilizar uma tomada de 3 pinos macho, muito comum em fontes de computador, ao invs de um cabo

ligado diretamente. Ela torna muito prtica a troca de cabos e deixa a montagem mais limpa (figura 75).

Figura 75 Tomada padro IEC60320, modelo C14.

Esta tomada respeita o conjunto de normas IEC60320, que tratam das interconexes de cabos de energia at

250VCA e esto em vigor desde a dcada de 1970. Na Wikipedia tem um texto bem legal sobre o assunto,

com uma tabela ilustrando os vrios modelos existentes [15].

Nas referncias [16], [17] e [18] so mostrados diversos tipos de tomadas IEC, com e sem filtro contra IEM

(interferncia eletromagntica EMI, em ingls). A Schaffner [19] tem uma rea de downloads, com vrios

artigos tcnicos sobre filtragem de interferncias.

Em nosso caso, a tomada modelo C14 (com pinos macho), cuja conexo fmea o plugue C13. Lembrando

que conectores macho sempre recebem energia e conectores fmea fornecem energia. uma regra

bsica de segurana, que evita tocarmos em pinos energizados.

Minha preferncia era colocar uma tomada melhor, com porta-fusvel, chave e at filtro de linha embutidos,

como as das figuras 76 e 77. Mas como o objetivo maior era a reduo dos custos, aproveitei ao mximo o

estoque de peas na sucata. O painel traseiro ficou como mostram as figuras 78 e 79.

Figura 76 Tomada Schaffner padro IEC com

fusvel e filtro de linha.

Figura 77 Tomada Schaffner padro IEC com

chave, fusvel e filtro de linha.

Figura 78 Gabinete pronto, visto por trs.

Figura 79 Detalhe da tomada CA, junto da chave

110/220V e porta-fusvel.

Figura 80 Fonte com o cabo CA construdo

especialmente.

Na bancada, as tomadas da rede eltrica para os instrumentos esto bem perto deles, o que reduz a

necessidade de cabos longos. Por isto, esta fonte recebeu um cabo retirado de computador, que utiliza 3 fios.

O cabo foi deixado bem curto, apenas o suficiente para ligar o equipamento (figura 80).

O gabinete

O gabinete que eu pretendia reutilizar para montar a fonte (figura 81) ficou muito pequeno para acomodar a

placa, o transformador e as conexes. A nica forma de montagem possvel era coloc-la de cabea para

baixo, junto entrada de rede (figura 82).

Mas a perigosa proximidade dos 220VCA com os componentes da placa me obrigou a construir um outro

chassis, j que o painel estava pronto. Infelizmente, no foi possvel conseguir o alumnio anodizado que o

anterior utilizava, mas tudo bem.

Figura 81 A primeira opo de gabinete, junto aos mdulos Gradiente e o quadro padro rack 19.

Figura 82 Proximidade da placa com a rede eltrica no gabinete pequeno.

Figura 83 Diferena entre os gabinetes. O da esquerda de alumnio anodizado incolor.

A figura 83 mostra a diferena entre os dois chassis: somente a profundidade aumentou em 5cm, o resto

igual.

O padro rack

Percebe-se que a caixa da fonte est destinada para a montagem num quadro do padrorack 19. Este

padro utilizado intensamente no mundo, principalmente em instalaes profissionais de som e luz, em

informtica e na indstria. Refere-se s normas ANSI/TIA/EIA-310-D, IEC 60297-1-2 e DIN 41414-7.

Ele consiste de uma largura padro mxima de 19 polegadas (48,26cm) para os painis dos equipamentos e

utiliza a denominao U para unidade de rack. O chassis que tem 1U de altura, mede 1 polegada e 3/4 na

vertical (o mesmo que 1,75 ou 44,45mm). Aspas, para quem no lembra, indicam polegadas. Fiz uma

tabelinha simples, de 1U at 7U, para ajudar:

Figura 84 Tabela de alturas do padro rack.

A distncia entre os furos de fixao dos equipamentos para o padro rack 19, na horizontal, de 18 1/4

(quase 46,3mm). Na vertical, a distncia entre os furos uma repetio peridica de dois espaamentos

diferentes: 1/2 (12,7mm) e 3/4 (19mm). Isto costuma limitar o posicionamento dos aparelhos, podendo

causar espaos vazios. Uma soluo para isso so os trilhos verticais com porcas deslizantes, que so

posicionadas na altura desejada.

Quando um chassis tem metade da largura de 19, chamado de half-rack (meio rack). H tambm o

padro rack de 23, que vi em uso num nobreak trifsico, de alta potncia.

As unidades de rack so sempre medidas mximas, h uma folga estabelecida de 1/32 (0,79mm) para

acomodar unidades adjacentes, segundo a Wikipedia [20] [21].

Como curiosidade, nas referncias [22] a [26] esto links de fabricantes de chassis e componentes no

padro rack.

Voltando nossa fonte, se prestarmos ateno mais uma vez na figura 81, aparecem outros gabinetes,

menores, muito antigos, feitos pela Gradiente nos anos 1960-1970. Era um sistema de sonorizao ambiental

para prdios, muito verstil, composto de mdulos com funes individualizadas. Isto possibilitava adequar o

projeto de sonorizao para os mais diversos portes.

Cada mdulo tem a largura de 5,9cm e no quadro cabem 7 deles. A altura do quadro de 4U (17,8cm).

Estes mdulos mostraram-se muito versteis para outras finalidades. Como no caso da bancada, que tem um

quadro destes e ir receber esta fonte e outros equipamentos, conforme a necessidade.

A fonte ocupa 4 mdulos de largura, aproximadamente 22,3cm. Por isto ela tem 8 furos no painel, metade na

parte superior e metade na parte inferior.

O painel

O painel foi um dos primeiros a ficar pronto, pois na poca eu j tinha recebido os mostradores. Ele foi

projetado de maneira simtrica, para demarcar bem o lugar de cada medidor. Tudo foi pensado de modo a

evitar qualquer confuso entre corrente e tenso. Tanto que as letras V e A, que indicam a grandeza medida

em cada lado, so garrafais.

Ainda no me acostumei com a nova chave de fora, localizada no meio do painel. Talvez por hbito, volta e

meia ela me confunde. Na fonte anterior ela estava no canto superior esquerdo. J fui vrias vezes com o

dedo ali, para encontrar somente o frio alumnio

Quando projetei o painel, pensei deix-lo bem simples, s com o essencial. Por exemplo, cogitei no montar o

circuito de compensao da tenso dos cabos de sada. Isto economizaria alguns componentes, pois seriam

retirados R23, C11 e R24 e os 2 bornes adicionais. Mas pouca economia, em vista do objetivo de dispor de

uma fonte de nvel profissional, com mais recursos do que as encontradas habitualmente no comrcio.

Assim, mantive fidelidade ao projeto original. Por isto que cada plo tem dois bornes, um para a sada da

energia e outro para o retorno da informao na ponta das garras (Vsense). Entre estes quatro bornes, fica a

conexo de aterramento (borne verde), que s tem ligao com a carcaa da fonte e com o fio terra do

plugue de energia eltrica. Mais tarde, pretendo instalar uma chave que permita alterar a configurao do

circuito sensor, para poder utilizar cabos comuns.

O aterramento

Quem leu o recente post sobre aterramento, sabe como importante os chassis metlicos ficarem conectados

ao terra. Lembrando daqueles casos e pensando sempre num aparelho confivel e seguro, fiz uma ligao de

terra para o chassis da fonte, nos moldes das fontes de computadores. Nas figuras 85 a 87, pode-se notar

que o parafuso de aterramento fixado com uma porca e arruela de presso ao gabinete. O terminal do fio

terra que vai tomada da rede eltrica tambm tem sua prpria porca e arruela, bem como a ligao ao

borne do painel frontal. uma forma de assegurar a passagem de correntes fortes para a conexo de

aterramento.

A conexo da carcaa no tem qualquer ligao com o negativo da fonte, pois considerei aqui a necessidade

de utilizar, obrigatoriamente, o fio terra.

Figura 85 Colocao do parafuso de aterramento, preso carcaa com porca e arruela de presso.

Figura 86 Conexo do fio terra da tomada da rede eltrica.

Figura 87 Conexo do fio terra do borne do painel frontal.

A montagem

Uma montagem artesanal pode ser melhor ou pior que um aparelho comercial, depende da qualidade do

projeto, dos componentes empregados e da qualidade da construo. Este projeto da Elektor, em princpio,

tem tima qualidade, mas como garantir que tudo deu certo?

Inclusive, muitas peas utilizadas na fonte vieram da sucata, o que traz dvidas quanto a confiabilidade e o

desempenho. De todo modo, no costumo guardar tudo que me chega, sempre opto por componentes que

realmente podero ser teis ou que tem uma qualidade maior, como os da linha industrial, que tem longa

vida til.

Os componentes foram escolhidos a dedo e testados um por um, deixando uma confortvel margem de

segurana, para evitar que fossem utilizados prximos de seus limites.

Figura 88 Diodos 6A8 antes da limpeza.

Figura 89 Limpeza do diodo com ferramenta construda com faca de churrasco.

Figura 90 Diodos limpos e reestanhados.

As peas reusadas foram inspecionadas minuciosamente, para garantir que suas conexes no dessem

problemas. Ocorre que, pelo tempo que ficaram guardados, vrios componentes tiveram que ser limpos e

reestanhados, pois os terminais oxidaram. Por exemplo, os diodos 6A8 (figuras 88 a 90). Este chato trabalho

de limpeza foi recompensado, pois a fonte funcionou sem falhas, desde o primeiro momento.

O nico problema foi uma inverso de diodo (rever figura 34), percebida antes da energizao da placa e logo

corrigida.

Os ajustes de corrente e tenso mximos

Esta fonte necessita s de dois ajustes: a corrente e a tenso mximas. Qualquer um poder faz-los, sem

problemas, basta dispor de um multmetro.

A corrente mxima alterada por R16, que fica em paralelo com R15 rever as figuras 24 e 40. O aumento

de R16 causa diminuio da corrente mxima. Em nosso caso, o valor de R16 ficou em 7K5, para 4,2A

mximos. Para este ajuste, deve-se colocar a sada de alimentao em curto-circuito, regular o potencimetro

de corrente para o mximo e ir trocando os valores de R16, at encontrar a corrente de sada idealizada. Pode

ser colocado um ampermetro de 10A entre os plos positivo e negativo para medir a corrente.

J a tenso mxima de sada ajustada por R4, que fica em paralelo com R5. O valor de 33K ohm para R4

rendeu uma sada de 40,8V mximos. Para determinar a tenso mxima de sada, deixar o potencimetro de

tenso e o ajuste fino totalmente no sentido horrio e ir trocando R4 at encontrar o valor desejado da tenso

de sada.

Preferi utilizar resistores, como o projeto original indica, ao invs de trimpots, por duas razes: preo e

confiabilidade. Resistores so mais robustos que os trimpots, pois no empregam partes mecnicas que

podem falhar ao longo dos anos.

No artigo original, havia a calibrao para os medidores de tenso e corrente, que agora so comprados

prontos e no foram utilizados no projeto desta placa. Se o usurio quiser utilizar mostradores analgicos,

recomendo ler o artigo em questo [1].

Os testes

Foram feitos dois tipos de testes. O primeiro deles foi comprovar o funcionamento, antes da montagem

definitiva. a montagem no estilo sanduche aberto (figura 91), momento em que se fez os ajustes de

tenso e corrente mximas.

Nesta configurao, foi possvel atingir 45V na sada, com pouco consumo de corrente. A corrente mxima

chegou a 4,8A, com tenso de 37V. Mas por precauo, ao montar definitivamente a fonte, optei por limitar a

tenso mxima em 40V e a corrente a 4A. At para evitar estresse na fonte, porque no adicionei nenhum

transistor de sada, alm dos 3 existentes no projeto original. Eles j aquecem bastante a 4A, com esta

corrente necessrio ventilao forada.

O segundo teste utilizou uma carga dinmica, para comprovar a estabilidade do circuito de regulagem da

fonte. Para isto, a Elektor ajudou novamente, atravs de dois artigos. O primeiro texto [27], mais antigo, que

trata da utilizao do gerador de pulsos, sugere uma carga dinmica com transistor BD139 (figura 92).

Figura 91 Montagem da fonte em sanduche aberto.

Figura 92 Carga dinmica para fontes de 5V, 2A. Fonte: Elektor [27].

Figura 93 Carga dinmica para fontes de 12V, 4A, baseada em Circuit Cellar [28].

J o texto publicado na Circuit Cellar [28], Testing Power Supplies (Testando fontes de alimentao), que

tem a participao do renomado engenheiro Ton Giesberts, da Elektor, mostra um circuito mais moderno, que

utiliza um transistor MOSFET para a mesma funo.

Nos dois circuitos, que so muito semelhantes, o controle do chaveamento provm de um gerador de ondas

quadradas (gerador de udio). O transistor coloca (ou no) um resistor a mais em paralelo com a fonte. O

consumo de corrente varia entre 90% e 10% da capacidade de corrente da fonte, conforme ele esteja em

conduo ou em corte, respectivamente.

O primeiro circuito adequado para testar fontes de 5V. Utiliza um transistor bipolar, que tem queda de

tenso importante e que deve ser considerada no clculo do resistor de coletor.

J o esquema da figura 93 foi idealizado com base nas informaes do artigo de Ton Giesberts. Ele foi

projetado para oferecer uma carga de 10% e 90% para 4A, sob 12VCC. Escolhi a tenso de teste de 12V de

modo a facilitar os testes para comparao com uma fonte de PC, de alta capacidade.

Assim, para drenar 400mA de corrente (10%) em R1, foram ligados em srie dois resistores (3,3 e 27 ohm),

num total de 25W. Para a carga de 80% (R2), foram utilizados dois resistores em paralelo (18 ohm/10W e

4R7/25W).

A potncia destes resistores insuficiente para testes prolongados, mas servem ao nosso propsito de

identificar o comportamento da fonte com cargas dinmicas. A figura 94 mostra o dispositivo de teste da

fonte, conforme o esquema da figura 93. O transistor est montado sobre um pequeno dissipador de

alumnio, que no aparece na foto, pois fica debaixo da placa de fibra.

No foram utilizadas lmpadas incandescentes como carga, pois elas alteram demais a resistncia quando aquecem o filamento. Isto prejudica o comportamento do circuito, que utiliza diversas frequncias de

chaveamento, pois deforma a onda vista no osciloscpio.

Figura 94 Circuito de carga dinmica para teste de fontes.

Mediante adaptaes, este circuito poder testar fontes de qualquer capacidade, especialmente as de

computadores. Para isso, poderia ser montado um circuito com vrios transistores MOSFET, cada um com o

seu resistor. Os transistores MOSFET de at 100V de tenso de trabalho, apresentam baixssima resistncia

entre dreno e supridouro (D e S), que permite o clculo direto do resistor de dreno, sem considerar qualquer

queda de tenso.

A configurao das ligaes dos transistores poderia ser feita por chave ou microcontrolador, colocando um ou

mais transistores em paralelo, de modo a oferecer uma carga condizente com a capacidade da fonte sob

teste.

Para os testes, utilizei um gerador de udio, com sada de 10Vpp a 50 ohm de impedncia, em onda

quadrada, nas frequncias de 40Hz, 400Hz, 4KHz e 40KHZ. O osciloscpio foi calibrado em 2V por diviso no

eixo vertical, em leitura AC (CA corrente alternada). O eixo horizontal foi ajustado para sempre exibir 1 ciclo

e meio na tela, conforme a frequncia vai subindo: 200ms, 20ms, 2ms e 0,2 milissegundos (200uS).

O comportamento da fonte observado na tela do osciloscpio. Lembrando que o eixo vertical (Y) da tela

mostra a amplitude do sinal (2 Volt em cada quadrinho ou diviso). O eixo horizontal (X) exibe o tempo, que

medido em milissegundos (mS) ou microssegundos (uS), conforme o caso. Um segundo igual a 1000

milissegundos.

As figuras 95, 97, 99 e 101 apresentam o comportamento da fonte nas frequncias citadas, comeando pela

mais baixa. J as figuras 96, 98, 100 e 102 mostram as mesmas condies, com a incluso de um capacitor

de 470uF em paralelo com a carga dinmica.

Figura 95 Oscilograma 40Hz, sem capacitor.

Figura 96 Oscilograma 40Hz, com capacitor.

Figura 97 Oscilograma 400Hz, sem capacitor.

Figura 98 Oscilograma 400Hz, com capacitor.

Figura 99 Oscilograma 4KHz, sem capacitor.

Figura 100 Oscilograma 4KHz, com capacitor.

Figura 101 Oscilograma 40KHz, sem capacitor.

Figura 102 Oscilograma 40KHz, com capacitor.

Conforme o segundo artigo sobre o teste de fontes de alimentao [28], a frequncia de avaliao pode variar

bastante. Isto ajuda a enxergar para qual tipo de uso a fonte mais apropriada. Podemos perceber que

quando colocamos um capacitor eletroltico na sada, o comportamento melhora bastante, para quaisquer

frequncias.

Foram feitos testes com uma fonte de PC (Bestec ATX-300-12Z FDR), que comportou-se melhor (figuras 103

a 105), mas devemos observar que ela trabalhou sob vrias condies vantajosas. As principais:

a tenso de sada de 12V fixos, o que facilita o controle, pois o projeto todo em funo deste valor;

o circuito muito compacto, com fiao curta, o que melhora a velocidade de resposta;

a capacidade de corrente amplamente maior (19A), com isso a carga no conseguiu atingir 90% da

corrente mxima e no estressou a fonte.

Figura 103 Oscilograma 40Hz, sem capacitor.

Figura 104 Oscilograma 400Hz, sem capacitor.

Figura 105 Oscilograma 4KHz, sem capacitor.

Figura 106 Oscilograma 40KHz, sem capacitor.

Mas nem tudo perfeito. Notei que o comportamento da fonte de PC mudou radicalmente conforme a bitola

do fio de conexo da carga. Fios muito finos (daquelas garras jacar prontas, vendidas em mao) estragaram

completamente a estabilizao, chegando a formar uma onda quadrada (figura 107) de 4Vpp. Ou seja, a

tenso da fonte variou 4V, conforme a carga era ligada ou no. Mesmo a adio do capacitor de 470uF no

ajudou muito (figura 108), inclusive tendeu a oscilar em frequncias maiores.

Figura 107 Alterao da tenso sobre a carga,

com cabos finos na fonte de PC, frequncia de

teste 40Hz.

Figura 108 Alterao da tenso sobre a carga,

com cabos finos na fonte de PC e capacitor de

470uF em paralelo com a carga, frequncia de

teste 40Hz.

A fonte montada no to rpida quanto a fonte de PC, por isto ocorre o pico inicial da sada, at a

estabilizao com a carga de 90%. Na verdade, o pico o mesmo em todas as imagens, s que conforme

aumenta a frequncia, ele fica mais alargado. Ele se estende por aproximadamente 100uS e soma 12V

tenso de alimentao, com a carga chaveando em 40KHz (pior caso). E seria minimizado se a tenso de

entrada do circuito de estabilizao no fosse to diferente da tenso de sada.

Assim, pode no ser grande vantagem uma fonte que consiga entregar de 0 a 40V, talvez um pouco menos

fosse melhor. Provavelmente, por isto que a faixa de tenses mais comum em fontes comerciais de 0 a

30VCC. Outra opo, seria fazer a sada escalonvel, como por exemplo 0 a 15V e 10 a 30VCC, atravs da

troca de secundrios do transformador.

possvel que, dotando o estgio de potncia de transistores mais novos, com maior ganho e aptos a

frequncias mais elevadas, este problema seja minimizado.

Ou mesmo reprojetando o circuito impresso, cuidando para evitar fiao longa que possa aumentar

indutncias e capacitncias parasitas. Correntes muito altas exigem mais transistores e impe maiores

dificuldades para o controle deles, pois a capacitncia das junes a serem comandadas aumenta, o que

causa lentido na resposta a transientes.

Figura 109 Teste do circuito de carga dinmica em uma bateria de 12V, 7Ah, completamente carregada.

Tambm fiz um teste com uma bateria de 12V, prpria para alarmes.

Idealmente, o chaveamento da carga no deveria exercer qualquer influncia sobre a tenso de alimentao,

mas no o que ocorre na prtica. Nem numa bateria nova e carregada (com impedncia muito baixa), com

capacidade de 7Ah, o comportamento ideal (figura 109). Pode-se notar que, momentaneamente, a bateria

entrega carga uma tenso maior que os 12V

interessante observar que na figura 109 o osciloscpio est medindo em CC (DC), ao contrrio das outras

telas vistas at agora. A linha mais inferior da tela serve de referncia de 0 Volt, sendo que o eixo vertical

est ajustado em 5V por diviso.

O pico, de aproximadamente 9V acima da tenso de 13,8V, mantm-se por cerca de 50uS. Neste pequeno

instante, a bateria chega a entregar perto de 22V!

O comportamento da tenso com a bateria piora (aumenta a amplitude das imperfeies da onda) se os cabos

forem mais finos. Com isso, percebe-se a importncia de respeitar certos limites de comprimento e bitola dos

cabos.

Precaues em projetos

Os testes aqui evidenciam a necessitade de controlar o excesso de tenso de alimentao em circuitos

sensveis, pois podem originar erros nas tarefas que deveriam desempenhar ou diminuio da vida til do

aparelho/componente, principalmente quando h mudanas bruscas no consumo de energia. Um exemplo

tpico so os frequentes erros e falhas do sistema operacional, em computadores com fontes de m qualidade.

Outro, o acionamento de LEDs em fiaes muito longas, que podem causar sua queima.

Uma forma eficiente de diminuir o problema nos projetos que o controle de esprios e a adequada filtragem

sejam feitos o mais prximo possvel da carga. Se os cabos forem muito longos entre a alimentao e a

carga, um estgio adicional de filtragem obrigatrio.

Figura 110 Circuito de equalizao do amplificador de udio integrado com pr-amplificador Gradiente Model

366. Em destaque, os componentes utilizados para filtrar a alimentao deste estgio.

Em circuitos simples, um resistor (ou indutor, conforme o caso) de valor adequado no ramo positivo,

acompanhado de um capacitor eletroltico para filtragem, podem fazer muita diferena para a estabilidade de

funcionamento. Se forem colocados dois capacitores, um antes e outro aps o resistor ou indutor, est

formada a conhecida (e eficaz) rede Pi de filtragem. A filtragem adicional uma tcnica muito utilizada em

udio, para evitar interferncia da etapa de potncia nos estgios de pr-amplificao (componentes em

destaque na figura 110).

Varistores ou diodos zener, colocados na linha de alimentao, tambm podem ajudar nesta limitao. A

tenso de ativao deles deve ser pouco maior que a de alimentao, para ficarem invisveis, at o surto

aparecer e ser absorvido. Uma apostila interessante sobre o uso de varistores da Siemens [29].

A aparncia final

Na figura 111, aparecem todas as peas juntas, antes da montagem no gabinete. A placa de circuito impresso

foi montada sobre tocos de mangueira plstica, que serviram como espaadores, sobrepostos a uma chapa de

fibra isolante (figura 112), de modo a evitar qualquer problema de curtos-circuitos. A fibra um carto

grosso, utilizado em oficinas que enrolam motores eltricos.

Nos furos de fixao da placa de circuito impresso (figura 113), percebe-se que os parafusos no conseguem

tocar o cobre das trilhas. que o furo escareado levemente, para que exista no seu entorno uma rea

isolada. Junto com um espaador feito de material isolante, o isolamento fica garantido. Utilizo esta tcnica h

mais de 30 anos, nunca deu um s defeito. Mas tambm nunca foi utilizada para tenses acima de 100VCC.

Figura 111 Peas da fonte, antes da montagem.

Figura 112 Detalhe da placa de fibra colocada embaixo da placa de circuito impresso.

Figura 113 Detalhe do furo da placa, com o parafuso utilizado para a montagem.

Na maioria das fotos anteriores, os knobs que aparecem so de alumnio, mas eu no estava contente com

este visual. Eu j tinha um knob pequeno de baquelite, da Joto. Numa loja de eletrnica, encontrei dois

antigos knobs do mesmo fabricante, tambm de baquelite. O visual definitivo aparece na figura inicial do

artigo.