Você precisa de uma fonte geradora de tensão contínua, mas por algum motivo, não pode comprar uma? Você pode montar sua própria fonte linear, neste post é mostrado como.
Projeto
Uma fonte linear CC converte a tensão CA da tomada em CC para alimentar circuitos e componentes eletrônicos. A seguir é o diagrama de blocos.
Transformador
O funcionamento deste componente é explicado em um post, cujo link está abaixo.
O transformador reduz a tensão da tomada. O enrolamento primário tem os fios nas cores preta (terra), vermelha (220 V) e azul (127 V).
O enrolamento secundário tem fios brancos ligados às fases e um amarelo como neutro.
Retificador
O retificador é uma ponte de diodos de onda completa.
Os diodos são todos 1N4007, atualmente é o mais comum para esta aplicação. O funcionamento dos diodos e da ponte já foram mostrados em um post dedicado.
Filtro
O sinal na saída da ponte retificadora é contínuo pulsado. A saída da fonte deve ser um sinal contínuo reto mais estável possível. Primeiro, tem que colocar um capacitor na saída da ponte de diodos.
Durante a amplitude máxima do sinal contínuo pulsante, o capacitor está carregado. Quando o sinal diminui a amplitude, o capacitor se descarrega. Mas logo se carrega novamente, o sinal na saída é uma tensão DC com uma ondulação ou ripple.
O fator de ripple em % é calculado desta forma. V_{RMS} é a tensão em RMS da forma de onda e V_{DC} é o valor de saída.
r=\frac{V_{RMS}}{V_{DC}}\cdot 100
É recomendável que o fator de ripple seja no máximo 10%. Qual deve ser o valor deste capacitor? O transformador tem o secundário 12+12 V, logo a tensão de pico V_{p} é:
V_{p}=\sqrt{2}\cdot (12+12)=\sqrt{2}\cdot 24=33,94 V
Considerando a queda de tensão nos dois diodos.
V_{p}=33,54-1,4=32,54V
Se o ripple é de 10%, a variação da tensão \Delta V é 3,25 V, pois é 10% da tensão de pico. Para dimensionar o capacitor, deve-se utilizar esta fórmula.
\Delta V=\frac{I}{fC}
f é a frequência, que vale 60 Hz. Para calcular I, deve-se definir o resistor de carga em paralelo com o capacitor.
Eu coloquei um LED vermelho em série com o R1, o valor deste é arbitrário, logo a corrente I é:
I=\frac{V_{C}-V_{LED}}{R1}
I=\frac{32,54-2}{1000}=30,54mA
Usando a equação anterior.
3,25=\frac{30,54m}{60\cdot C}
C=\frac{30,54m}{195}=0,1566m=156,6\mu F
Este é o valor mínimo do capacitor eletrolítico, não há problema em colocar valores maiores, pois maior valor significa que vai demorar mais para descarregar. Eu escolhi 470 μF pois é o mínimo valor comercial que tenho. A tensão do capacitor deve ser maior do que a tensão de pico, senão vai queimar. Portanto C1 é 470 μF x 50 V.
Regulagem
A tensão de saída da fonte linear até agora é de 16 V, com pequena instabilidade para mais ou para menos.
A tensão na saída deve ser estável e controlável. O que fazer? Foi usado o circuito integrado LM317T, cujo datasheet pode ser encontrado neste link. O datasheet já mostra um circuito regulador de tensão.
O capacitor C1 faz o desacoplamento de sinal, usado quando o regulador fica longe da fonte. Um sinal transiente, vindo das flutuações de CA, passa por este capacitor e vai para o terra, melhorando a qualidade do sinal na entrada. Esta característica é chamada de rejeição de ripple. Neste projeto, o regulador está perto da fonte, logo não precisa do C1. O C2 tem a mesma função. O papel do C3 é melhorar a resposta transiente no sinal de saída.
Para que servem os diodos D1 e D2? Quando C2 e C3 descarregam, a corrente de descarga vai para os diodos, protegendo o LM317T. Pois quando os capacitores descarregam, liberam uma corrente reversa por um curto intervalo de tempo. Os tipos escolhidos são 1N4007.
O resistor R1 e o potenciômetro R2 determinam a faixa de tensão da fonte linear. No datasheet podemos ver a equação da tensão de saída Vo do circuito regulador.
Os valores de I_{ADJ} e V_{REF} também são mostrados.
O valor do potenciômetro de R2 é 10 kΩ, foi escolhido arbitrariamente. Calculando R1 com a tensão de saída igual a 15 V.
Vo=V_{REF}\cdot \left ( 1+\frac{R2}{R1} \right )+R2\cdot I_{ADJ}
15=1,25\cdot \left ( 1+\frac{10k}{R1} \right )+10k\cdot 100\mu
R1=0,98k\Omega
Deve arredondar para o valor comercial de 1 kΩ.
Montagem e teste
Finalmente a montagem da fonte linear DC. Este é o diagrama de conexão dos terminais do LM317T.
O esquemático completo de toda a fonte linear.
Você pode montar em placa de circuito impresso ou ponte de terminais. Eu escolhi ponte de terminais, pois a montagem é mais rápida e o tamanho do circuito não é muito importante.
Todo o circuito montado na fonte.
O circuito foi colocado dentro de uma caixa, cujas dimensões são: 12,5 cm de comprimento; 8,5 cm de largura e 5,5 cm de altura.
Foi preciso fazer furos na caixa para o botão de liga-desliga, potenciômetro, LED e terminais de saída ficarem do lado de fora. Uma opção é usar um ferro de solda de 50 W para fazer os furos.
A fonte linear pronta. Deve fornecer tensão entre 1,36 V e 14,5 V, estes valores podem variar um pouco devido à tolerância dos resistores.
