Vamos avançar significativamente em nosso aprendizado neste e nos próximos dois capítulos. A partir deles seremos capazes de produzir nossas próprias placas de circuito impresso.
Para tanto, escolhi um projeto útil nas bancadas de projeto: uma fonte de 9V.
Para podermos projetá-la teremos que conhecer três novos elementos: O Diodo, o transformador e o Regulador de Tensão.
Depois disso montaremos a fonte em protótipo e nos capítulos seguintes aprenderemos a produzir o esquemático via software, bem como a impressão do layout da placa de circuito impresso e, finalmente, faremos a transferência do layout, corrosão da placa, furação e soldagem dos componentes.
Vamos lá, vamos começar com listinha de compras. Não lhe fará mal comprar sempre alguns componentes de reserva. Neste nosso caso, apenas o transformador é um pouco mais caro, os demais componentes custam muito pouco.
Lista de Material
- Transformador rebaixador de tensão 110/220V - 18V/200mA
- Capacitor eletrolítico 3300uF 25V e 1000uF 25V
- Regulador de Tensão 7809
- Diodos 1N4007
- Resistor de 1K
- Led
O que é uma fonte de alimentação?
Quando você carrega seu celular, liga seu vídeo-game ou mesmo seu computador na tomada, a tensão que sai da tomada, 110 ou 220V , vai diretamente para o equipamento? Não. O que ocorre é uma transformação da corrente alternada da sua para corrente contínua que o aparelho necessita para funcionar. Mas não é só isso, ocorre ainda um rebaixamento da tensão para os valores necessários.
Assim, um carregador de celular transforma a corrente alternada da tomada de 110V, por exemplo, para 4,5V necessários a carregar o celular.
Como isso acontece? A figura abaixo ilustra as fases desta transformação:
Assim podemos ter uma entrada CA (corrente alternada) de 110 V ou 220 V e uma saída CC (corrente contínua) de 9V ou outro valor qualquer.
Vamos examinar cada um destes blocos da fonte:
1. Transformador 9 V / 200mA
O primeiro bloco de uma fonte de tensão é o transformador. Ao aplicar tensão alternada no enrolamento primário de um transformador obtem-se no seu secundário uma tensão ainda do tipo alternada, “mas de valor modificado segundo a relação existente entre as espiras deste componente” (BRAGA, 2012, p.43).
Assim, um transformador rebaixador de tensão tem um “lado” chamado primário onde entra a tensão e outro chamado secundário por onde sai a tensão.
Existem vários formatos de transformador conforme se vê na figura abaixo.
Em nosso caso, utilizaremos um transformador com primário a três fios, para que se possa adaptar ao fornecimento local de energia em cada situação (110V ou 220V), e um secundário de 9V+9V. Veja que precisaremos escolher quais fios ligar no primário para se adequar a tensão de sua casa (110V ou 220V) e utilizaremos todos os 18 V possíveis do secundário para que possamos não aprender sobre esta característica do transformador, mas também será uma oportunidade de aprendermos sobre o regulador de tensão que veremos a seguir neste capítulo.
Vejamos como ele se parece:
Hoje, a maioria dos fabricantes identifica seus transformadores deixando claro , inclusive, as conexões de primário e secundário. Mas vamos imaginar que você retirou um transformador de uma sucata e precisa identificá-lo. Bom , vamos usar o multímetro para isso. CUIDADO! Todas essas medidas devem ser feitas com o transformador desconectado da rede de energia.
1.1 Identificando o Secundário de Um transformador
Com o multímetro na escala de resistência meça os fios extremos de cada lado.
Um dos lados apresenta MENOR RESISTÊNCIA. O lado em que isso ocorrer você tem o SECUNDÁRIO.
Isso acontece porque o fio é mais grosso e tem menos espiras que o primário, considerando-se que se trata de um transformador abaixador de tensão.
1.2 Identificando o primário de Um transformador
Bom , já sabemos que o PRIMÁRIO é o lado com MAIOR RESISTÊNCIA.
Alguns transformadores podem ser ligados em 110V ou 220V no primário. Para identificar quais os fios no primário são 110V e quais são para 220V, efetue uma medição de resistência entre os fios extremos com o central. O par de menor resistência é o 110V e o de maior resistência é para ligação em 220V.
Veja que o transformador não transforma a corrente em contínua, ele apenas rebaixa seu valor. Para que isso acontece precisaremos do próximo estágio que é o Retificador.
2. O Retificador em Ponte
“O circuito retificador é assim chamado, pois utiliza diodos para obter uma saída unipolar para a carga” (ECE/CIS). Em termos técnicos, uma senóide de sinal é retificada de forma que os ciclos positivos e negativos da corrente alternada proveniente da alimentação possam fornecer apenas ciclos positivos para a carga (BRAGA, sd).
Traduzindo: A Corrente Alternada (CA) rebaixada após o transformador, vai ser convertida em Corrente Continua (CC) pelo ciclo retificador.
O que faz o diodo?
O diodo é um componente com polaridade definida, mas ele possui uma curiosidade. Você pode ligá-lo com a polaridade invertida. Aliás, é justamente essa capacidade que vamos explorar no caso de nosso projeto.
O diodo pode ser polarizado diretamente , ou seja, seu pólo positivo (anodo) é ligado no terminal positivo de tensão e seu pólo negativo (cátodo) é ligado no terminal negativo de tensão. Nesta caso o diodo permite a passagem de corrente.
O diodo pode ser polarizado indiretamente ou inversamente , ou seja, seu pólo positivo (anodo) é ligado no terminal negativo de tensão e seu pólo negativo (cátodo) é ligado no terminal positivo de tensão. Neste caso o diodo NÃO permite a passagem de corrente. Neste caso o diodo funciona como uma resistência muito alta.
Veja o exemplo abaixo. Quando o diodo é polarizado diretamente a lâmpada de 6V acende. Quando o diodo é polarizado inversamente a corrente não circula e a lâmpada não acende.
No caso de nosso projeto da fonte, na sua etapa retificadora, usaremos essas duas habilidades do diodo: Conduzindo quando diretamente polarizado e impedindo a passagem de corrente quando inversamente polarizado. Para tanto pode-se usar qualquer diodo entre o 1N4002 e o 1N4007.
O que vamos fazer é montar quatro diodos em uma forma conhecida como Retificador em Onda Completa. Lembre-se que a corrente que vem pela tomada de sua casa é alternada, ou seja, um semiciclo ela é positiva e em outro ela é negativa. O que fará a retificação é obter na saída somente semiciclos positivos.
A figura abaixo exemplifica um modelo teórico para compreensão do funcionamento da retificação de onda completa em ponte.
Seu funcionamento básico pode ser assim descrito (SOUZA, sd.):
a) Quando A é positivo em relação a B, a corrente sai de A passa por D1, RL, D3 e chega a B.
b) Quando A é negativo em relação a B, a corrente sai de B passa por D2, RL, D4 e chega a A.
c) Somente dois diodos de cada vez podem conduzir.
d) Quando o ponto A é positivo, D1 e D3 conduzem.
e) Quando o ponto A é negativo, D2 e D4 conduzem.
f) Para qualquer polaridade de A ou de B, a corrente IL circula num único sentido em RL e, por isto, a corrente em RL é contínua. Temos somente os semiciclos positivos na saída.
g) A freqüência na saída é o dobro da freqüência de entrada
3. O Filtro capacitivo
O objetivo desta fase da construção da fonte é diminuir a oscilação pós-transformação, chamada ripple (TORRES, 2012, p.363).
“Usando-se um capacitor em paralelo com a carga, tem-se o efeito de manter a tensão na carga próximo ao valor de pico por mais tempo” (ECE/CIS).
Assim, nos “semiciclos em que o diodo conduz , o capacitor se carrega com a tensão máxima da rede” (BRAGA, 2012, p.50). Quando, enfim, a tensão do sinal diminui, o capacitor inicia sua descarga e a tensão nos terminais da carga é maior que a tensão vinda da fonte (ECE/CIS).
Em termos simples. O objetivo da ponte retificadora é separar os semiciclos positivos dos semiciclos negativos da corrente alternada, ou seja, só aproveitamos os semiciclos positivos.
Ocorre que entre um semiciclo positivo e o próximo há um espaço de tempo sem condução por causa do semiciclo negativo. Isso causa oscilações no fornecimento de tensão, ou ripple.
Neste espaço sem condução (semiciclo negativo) o capacitor descarrega sua carga acumulada durante o semiciclo positivo. Assim, sempre há corrente. Tente entender o esquema abaixo:
Note que poderíamos até dispensar o uso do capacitor uma vez que usaremos um regulador de tensão que veremos a seguir, mas como o objetivo é o aprendizado estamos explorando todos estes aspectos.
Perceba ainda, que colocamos outro capacitor junto a saída do regulador de tensão, pois embora ele deva cumprir seu papel muito bem, podem ocorrer flutuações ou “ruídos” (ripple) que esse segundo capacitor pode resolver.
4. Regulador de Tensão LM7809
Os circuitos integrados reguladores de tensão “são quase que obrigatórios em projetos de fontes de alimentação para circuitos de pequena e média potência” (BRAGA, sd).
A série de circuitos integrados 78XX onde o XX é substituído pelo número que indica a tensão de saída, “consiste em reguladores de tensão positiva com corrente de até 1 ampére de saída em invólucros conforme mostra a figura abaixo:
sua tensão de entrada, a saída sempre será do valor definido originalmente pelo regulador. Por exemplo, um regulador 7809 pode receber de 11,5 V até 25 V (CC) na sua entrada sem queimar e ainda assim, sua saída será de 9V (CC).
O regulador não faz a transformação de CA em CC , ele apenas garante a estabilidade de tensão essencial a muitos componentes eletrônicos.
Abaixo você vê uma lista de reguladores de tensão e suas faixas de entrada e valores de saída. Em nosso caso, como nossa fonte proverá 9V de saída usaremos o 7809. Lembre que esse 09 no final da nomenclatura indica justamente os 9V de saída.
Componente
|
Saída (V)
|
Faixa Entrada (V)
|
LM7805
|
5
|
7–25
|
LM7806
|
6
|
8–25
|
LM7808
|
8
|
10.5–25
|
LM7809
|
9
|
11.5–25
|
LM7810
|
10
|
12.5–25
|
LM7812
|
12
|
14.5–30
|
LM7815
|
15
|
17.5–30
|
LM7818
|
18
|
21–33
|
LM7824
|
24
|
27–38
|
Aqui está, enfim, nosso esquemático completo:
O meu transformador tem um primário de 110V e secundário 18V, atente para os detalhes do seu transformador.
Tente montá-lo em protoboard, mas tome muito CUIDADO quando for ligar seu transformador. Você está trabalhando com corrente alternada (CA), ela pode ser mortal.
Autor
Marcos Pizzolatto
Referências
ARAÚJO, Lucínio Preza de. Díodo rectificador. Disponível em : www. esev.ipv.pt /tear/Recursos /Hits.ASP?URL=28%2FDiodorectificador.ppt
BRAGA, Newton C. Eletrônica Analógica. Ed.Instituto Newton Braga. São Paulo, 2012.
BRAGA, Newton C. Estudo do Diodo como Retificador. Disponível em : http:// www. newtoncbraga.com.br /index.php/circuitos-simulados / filtros/5129-ne321. Acessado rm 21/06/2015.
BRAGA, Newton C. Reguladores de Tensão. Disponível em : http://www. newtoncbraga.com.br / index.php/como-funciona/1076-art156. Acessado em : 21/06/2015.
ECE/CIS. Retificador De Onda Completa Com Filtro.Disponível em : HTTP : // www.eecis.udel.edu /~portnoi/academic/academic-files/retificador-onda-completa.html. Acessado em : 21/06/2015.
TORRES, Gabriel. Eletrônica. Ed Novaterra, Rio de Janeiro, 2012.
UFSM-CTISM. Disponível em : http://coral.ufsm.br/gpscom/professores/andrei/Comunicacao/aula_08.pdf. Acessado em 21/06/2015.
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