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Descrição Geral

Esta é uma fonte de alimentação regulável de alta qualidade com saída ajustável entre 0 a 30VDC. O circuito também incorpora um limitador de corrente que efetivamente controla a corrente de saída de alguns miliamperes (2 mA) à saída máxima de 3 ampéres que o circuito pode fornecer. Estas características tornam esta fonte de alimentação indispensável em laboratórios de experiências já que é possível limitar a corrente àquele valor que o circuito sob teste requer, e depois ligá-lo na fonte, sem nenhum temor de que o circuito sob teste poderá ser danificado.

Há também uma indicação visual de que o limitador de corrente está em operação, desta forma você poderá ver se seu circuito excedeu ou não os limites presentes.

Especificações Técnicas - Características

Tensão de Entrada: ..................... 24VAC

Corrente de Entrada: .................. 3 A (max)

Tensão de Saída: ........................ 0-30 V ajustável

Corrente de Saída: ..................... 2 mA - 3A ajustável

Ripple na Tensão de Saída: ........ 0,01% - máximo

 

Características

• Reduzidas dimensões, fácil construção, simples operação.
• Tensão de saída facilmente ajustável.
• Limitação de corrente de saída com indicação visual.
• Proteção completa do circuito sob teste contra sobrecargas e mau funcionamento.

Como Funciona

Para começo, há um transformador baixador de tensão com o enrolamento secundário de 24V/3A, que é conectado nos pontos de entrada 1 e 2 (a qualidade da saída da fonte é diretamente proporcional à qualidade do transformador). A tensão AC do enrolamento secundário do transformador é retificada pela ponte formada pelos diodos D1-D4. A tensão DC obtida através da ponte é suavizada pelo filtro formado pelo capacitor C1 e o resistor R1. O circuito incorpora algumas características únicas que o torna diferente de outras fontes de alimentação de sua classe. Em vez de usar um arranjo variável de retorno para controlar a tensão de saída, nosso circuito usa um amplificador de ganho constante para prover o tensão de referência necessária para a operação estabilizada. A tensáo de referência é gerada pela saída de U1. O circuito opera como segue: O diodo D8 é um zener de 5V6, que aqui opera em seu coeficiente de temperatura zero. A tensão na saída de U1 aumenta gradualmente logo que o diodo D8 é ligado. Quando isso ocorre o circuito estabiliza e a tensão zener de referência (5V6) aparece no resistor R5. A corrente que flui através da entrada não inversora do amplificador é desprezível , a mesma corrente seque por R5 e R6, e como os dois resistores tem o mesmo valor a tensão através dos dois em série será exatamente o dobro da tensão sobre cada um. Assim a tensão presente na saída do amplificador (pino 6 de U1) é 11,2V, o dobro da tensão do zener de referência. O circuito integrado U2 tem um fator de amplificação constante de aproximadamente 3X, de acordo com a fórmula A=(R11+R12)/R11, e aumenta a tensão de referência de 11,2V para aproximadamente 33V. O trimmer RV! e o resistor R10 são usados para o ajustamento da tensão de saída, assim ela pode ser reduzida a 0V. Outra característica muito importante do circuito, é a possibilidade de prefixar a corrente máxima que pode ser fornecida pela fonte de aliminetação. Para tornar isso possível o circuito detecta a tensão existente no resistor (R7) que é conectado em série com a carga. O CI responsável por esta função no circuito é U3. A entrada inversora de U3 é levada a 0V via R21. Ao mesmo tempo a entrada não inversora do CI pode ser ajustada a qualquer tensão pelo potenciômetro P2.. Vamos assumir que para uma dada saída de alguns volts, P2 é fixado de maneira que a entrada do CI seja preservada a 1 V, se a carga for crescente a tensão de saída irá tornar-se constante pela seção do circuito de amplificação da tensão e a presença de R7 em série com a saída irá ter um efeito insignificante por causa de seu baixo valor e por causa de sua localização fora do loop de feedback do circuito de controle da tensão. Enquanto a carga é mantida constante e a tensão de saída não é modificada o circuito está estável. Se a carga cresce de forma que a tensão em R7 seja tão grande quanto 1V, CI3 é forçado a entrar em ação e o circuito é colocado no modo de corrente constante. A saída de U3 é acoplada a entrada não inversora de U2 por D9, U2 é responsável pelo controle de tensão. O que ocorre é que a tensão através de R7 é monitorada e não é permitido aumentá-la acima do valor préfixado (no nosso exemplo 1V) pela redução da tensão de saída do circuito. Esta é uma maneira efetiva de manter a corrente de saída constante e é preciso o suficiente para possibilitar a fixação da corrente em 2mA. O capacitor C8 está lá para aumentar a estabilidade do circuito. Q3 é usado para dirigir o LED enquanto o limitador de corrente é ativado de forma a prover uma indicação visual do limitador. Para tornar possível que U2 controle a saída de tensão até 0V, é necessário o uso de uma fonte negativa o que é feito através do circuito em torno de C2 & C3. A mesmo fonte negativa é também usada por U3. Como U1 está trabalhando sob condições fixas ele pode funcionar sob a parte positiva da fonte e o terra. A grade negativa é produzida por um circuito simples que é estabilizado por R3 e D7. Para evitar situações fora do controle como curtocircuito há um circuito de proteção em torno de Q1. Logo que a grade negativa da fonte entre em colapso Q1 remove toda tensão no estágio de saída, de forma a tornar a tensão zero, protegendo o circuito e as aplicações conectadas em sua saída. Durante a operação normal Q1 é mantido desligado assim como R14 mas quando a grade negativa da fonte entra em colapso o transistor é ligado e torna a saída de U2 baixa. O CI tem proteção interna e não será danificado por causa deste curto em sua saída. Esta é uma grande vangagem em trabalhos experimentais, derrubar a tensão de saída, sem a necessidade de esperar a descarga de capacitores.

 

Construção

Primeiramente vamos considerar alguns princípios na construção de circuitos eletrônicos em uma placa de circuito impresso. A placa é feita de um material isolante coberta por uma fina camada de cobre que é moldado de maneira a formar os condutores necessários entre os vários componentes do circuito. O uso da placa de circuito impresso é muito indicado já que agiliza a construção consideravelmente e reduz a possibilidade de erros na montagem. Para proteger a placa durante a armazenagem contra ferrugem e assegurar que ela esteja em perfeitas condicões o cobre é estanhado durante a fabricação e coberto com um verniz especial que protege a placa de oxidação e também torna a soldagem fácil.

A soldagem dos componentes na placa é o unico meio de construir o circuito e da forma como você faz isso depende o sucesso ou o fracasso da montagem. Este trabalho não é muito difícil e se você seguir algumas regras você não deverá ter problemas. O ferro de solda que você usar deve ser leve e sua potência não deve exceder 25 Watts. A ponta do ferro de solda deve ser fina e deve-se mantê-la limpa todo o tempo. Para esse propósito tenha em mãos a esponja de limpeza e de tempos em tempos limpe a ponta com ela para remover todos os resíduos que tendem a acumular nela.

NÃO armazene ou lixe uma ponta suja. Se a ponta não estiver limpa substitua ela. Há muitos tipos diferentes de solda no mercado e você deve escolher uma de boa qualidade uma que contenha o fluxo necessário em seu interior, para assegurar uma perfeita juntação sempre.

Não use fluxo de solda além do existente na solda. Muito fluxo pode causar muitos problemas e é uma das principais causas do mau funcionamento de circuitos. Se contudo você tem que usar fluxo extra, como ocorre quando você tem que estanhar fio de cobre, limpe-o bem depois que você terminar o serviço.

O que você deve fazer para soldar corretamente os componentes na placa é o seguinte:

• Limpe os terminais dos componentes com uma pequena peça de lixa.
• Dobre-os na distância correta do corpo do componente e insira-o em seu local na placa.
• Algumas vezes você pode encontrar um componente com terminais muito grossos para entrar nos burados da placa. Neste caso use uma mini retífica para enlarguecer as ilhas. Não faça as ilhas muito largas, porque isso tornará a solda mais difícil.
• Pegue o ferro de solda quente e encoste sua ponta entre o terminal do componente e a ilha de solda da placa enquanto na outra ponta (do outro lado entre o terminal e a ilha) você segura a solda.
• Quando a solda começar a derreter e fluir espere até que cubra toda área da ilha e o fluxo ferva e saia debaixo da solda.
• A operação completa não deve levar mais que 5 segundos. Remove o ferro de solda e espere que a solda esfrie naturalmente, sem assoprar ou movimentar o terminal do componente. Se tudo ocorrer bem a superfície soldada deve ter um brilho metálico e sua aparência deve ser em forma de cone. Se a solda parecer sem brilho, rachada, ou tiver a forma de uma bolha então você tem uma má junção e deve remover a solada (com um sugador ou ferro de dessolda) e refazer a solda. Tome cuidado para não aquecer demais os trilhos, já que são muito fáceis de erque-los da placa e quebrá-los.
• Quando você estiver soldando um componente sensível é bom segurar o terminal no lado do componente com um alicate de ponta longa para evitar que o aquecimento excessivo possa causar danos ao componente.
• Tenha certeza que você não usa mais solda que o necessário já que você estará correndo o risco de criar curtocircuitos com as ilhas/trilhas adjacentes na placa, especialmente se estiverem muito próximas.
• Quando você terminar seu trabalho, corte o excesso de terminal dos componentes e limpe a placa com um solvente especial para remover todo resíduo de fluxo que remanecer na placa.

É recomendado iniciar trabalhando pela identificação dos componentes, separando-os em grupos. Coloque primeiro todos os soqauetes para os CIs e pinos para conexão externa e solde-os em seus lugares. Continue com resistores. Lembre-se, para montar R7 a uma certa distância da placa de circuito, já que ele tende a ficar muito quente, especialmente quando o circuito está suplido por altas correntes, e isso pode possibilitar danos à placa. Também é adequado monatr r! a uma certa distância da superfícioe da PCI. Continue com os capacitores observando a polaridade dos eletrolíticos e finalmente solde os diodos e os transistores tomando cuidado de não sobreaquecê-los e esteja certo de que os componentes estejam bem alinhados.

Monte o transistor de potência no dissipador. Para fazer isso siga o diagrama e lembre-se de usar a mica isolante entre o corpo do transistor e o dissipador e as arruelas especiais de fibra para isolar os parafusos do dissipador. Siga o diagrama acima e não haverá erro na montagem desse transistor.

Os capacitores também devem ser soldados conforme diagrama acima, tomando-se o cuidado para não misturar os fios.

As conexões externas são:

• 1 e 2 entrada CA do secundário do transformador.
• 3 (+) e 4 (-) saida CC.
• 5, 10 e 12 para P1.
• 6. 11 e 13 para P2.
• 7 (E), 8 (B), 9 (E) para o transistor de potência Q4.
• O led também pode se4r colocado no painel frontal, porém os pinos onde ele é concectado não são numerados.

Quando todas as conexões externas forem feitas inspecione cuidadosamente a placa e limpe-a para remover resíduos de fluxo de solda. Tenha certeza de que não há pontes que possam causar curto circuito em trilhas adjacentes e se tudo parecer correto ligue o circuito ao secundário do transformador.

NÃO TOQUE EM QUALQUER PARTE DO CIRCUITO ENQUANTO ESTE ESTIVER LIGADO.

O voltímetro deverá medir tensão entre 0 e 30 VDC dependendo da posição de P1, e deverá seguir qualquer mudança na posição do potenciômetro indicando que o controle variável da tensão está funcionando perfeitamente. Movendo P2 no sentido horário deverá acender o LED, indicando que o limitador de corrente está em operação.

Ajustes

Se você necessita que sua fonte seja ajustável entre 0 e 30V você precisa ajustar RV1 para ter certeza de que quando P1 está em seu mínimo a saída da fonte seja exatamente 0V. Como não é possível medir pequenos valores com um medidor de painel convencional é melhor usar um multímetro digital para este ajuste.

 

Cuidados

Enquanto estiver usando equipamentos elétricos, manuseie fonte de alimentação e equipamentos com grande cuidodo, seguindo sempre as regras de segurança abaixo:

CUIDADO

Este circuito trabalha com transformador e há 220 VCA presente em algumas partes dele.

Tensões acima de 50V são PERIGOSAS e pode ser LETAL.

Para evitar acidentes que possam ser fatais você e os membros da sua família, ou pessoas próximas devem seguir as seguintes regras:

• NÃO trabalhe se você estiver cansado ou com pressa, cheque duas vezes todo o circuito antes de acoplar o transformador e ligá-lo.
• Desligue o circuito rapidamente se algo estiver errado.
• NÃO toque qualquer parte do circuito enquanto este estiver ligado.
• NÃO deixe nenhum fio exposto. Todos os fios e terminais devem estar adequadamente isolados.
• NÃO substitua os fusíveis por outros de maior capacidade.
• NÃO trabalhe com as mãos molhadas.
• Se a caixa do seu projeto é feita de metal tenha certeza de estar propriamente aterrada.
• Se possível use um transformador de 1:1 para isolar seu circuito da rede.
• CUIDADO: ELETRICIDADE PODE MATAR SE VOCÊ NÃO TOMAR PRECAUÇÕES

Se não funcionar

Cheque seu trabalho por possíveis soldas mau feitas, ponte entre trilhas adjacentes ou resíduo de fluxo de solda que geralmente causam problemas.

Cheque novamente todas as conexões externas para certificar-se que não houve equívoco na ligação.

Veja se não está faltando nenhum componente ou colocado no lugar errado ou na direção errada.

Tenha certeza que a fonte tenha c tansão correta e está conectada corretamente ao circuito sob teste.

Cheque seu projeto por componentes danificados.

 

Diagrama Eletrônico

 

Componentes

R1 = 2,2 KOhm 1W
R2 = 82 Ohm 1/4W
R3 = 220 Ohm 1/4W
R4 = 4,7 KOhm 1/4W
R5, R6, R13, R20, R21 = 10 KOhm 1/4W
R7 = 0,47 Ohm 5W
R8, R11 = 27 KOhm 1/4W
R9, R19 = 2,2 KOhm 1/4W
R10 = 270 KOhm 1/4W
R12, R18 = 56KOhm 1/4W
R14 = 1,5 KOhm 1/4W
R15, R16 = 1 KOhm 1/4W
R17 = 33 Ohm 1/4W
R22 = 3,9 KOhm 1/4W
RV1 = 100K trimmer
P1, P2 = 10KOhm potenciômetro linear
C1 = 3300 uF/50V eletrolítico
C2, C3 = 47uF/50V eletrolítio
C4 = 100nF poliester
C5 = 200nF poliester
C6 = 100pF cerâmico
C7 = 10uF/50V eletrolítico
C8 = 330pF cerâmico
C9 = 100pF cerâmico
D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 diodo 2A - RAX GI837U
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = 5,6V Zener
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 diodp 1A
Q1 = BC548, NPN transistor ou BC547
Q2 = 2N2219 NPN transistor
Q3 = BC557, PNP transistor ou BC327
Q4 = 2N3055 NPN transistor de potência
U1, U2, U3 = TL081, amplificador operacional
D12 = LED diodo

Por favor conte-me sua experiência na montagem dessa fonte de alimentação e-mail

Veja também o fórum de discussão sobre este projeto aqui

Sítio contendo o projeto em inglês: http://www.electronics-lab.com/projects/power/003/index.html

Sítio do desenvolvedor do projeto: Smart Kit

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