CEFET/SC - Centro Federal de Educação

Tecnológica/Santa Catarina

Projeto Integrador:

Fonte Regulada 0 a 12V – 1 A com proteção de sobre-corrente

Equipe:

Edimar Apolinário

Egon Kirchof

Jhony Cunha

Índice

1. Título ( convencimento do leitor ) ........................................................................... 4

2. Utilidade ( indicações de uso ) ................................................................................. 4

3. Descrição técnica ..................................................................................................... 4

3.1 Princípio de funcionamento ........................................................................... 4

3.2 Aprofundamento do funcionamento de funcionamento..................................... 5

3.2.1 Abaixamento da tensão ............................................................................... 5

3.2.2 Retificação................................................................................................... 6

3.2.3 Filtragem ..................................................................................................... 7

3.2.4 Proteção....................................................................................................... 8

3.2.5 Regulagem ( e ajuste )............................................................................... 10

3.3 Especificações construtivas.......................................................................... 12

3.3.1 Desenho da placa de circuito impresso ..................................................... 12

3.3.2 Listagem de componentes ......................................................................... 13

4. Montagem do projeto ............................................................................................. 15

4.1 Montagem em matriz de contatos .................................................................... 15

4.2 Confecção da placa de ci.................................................................................. 15

4.3 Soldagem dos componentes ............................................................................. 16

4.4 Montagem do gabinete..................................................................................... 17

5. Procedimentos de teste........................................................................................... 20

5.1 Orientações para a realização de testes ............................................................ 20

5.2 Apresentação dos resultados ............................................................................ 22

6. Resultados esperados / obtidos e considerações finais .......................................... 25

Índice de Figuras, Gráficos e Tabelas

Figura 1 – Diagrama de blocos do circuito .................................................................. 4

Figura 2 – Circuito eletrônico da fonte ........................................................................ 5

Figura 3 – Retificação com ponte de diodos................................................................ 6

Figura 4 – Exemplo de ripple numa etapa de filtragem............................................... 7

Figura 5 – Circuito de proteção usando SCR TIC 106 ................................................ 8

Figura 6 – Regulagem de tensão com Diodo Zenner e Transistor............................. 10

Figura 7 – Curva do diodo Zener ............................................................................... 10

Figura 8 – Placa de circuito impresso ( versão original ).......................................... 12

Figura 9 – Placa de circuito impresso ( versão original, espelhada )......................... 12

Figura 10 – Placa modificada..................................................................................... 13

Figura 11 – Placa modificada ( espelhada ) ............................................................... 13

Figura 12 – Parte de baixo da placa de ci – terminais soldados................................. 17

Figura 13 – Gabinete – visão frontal.......................................................................... 17

Figura 14 – Gabinete – visão lateral .......................................................................... 17

Figura 15 – Gabinete – embaixo ................................................................................ 18

Figura 16 – Gabinete – visão de trás.......................................................................... 18

Figura 17 – Visão interna, vista de cima.................................................................... 18

Figura 18 – Visão interna - transformador................................................................. 19

Figura 19 – Visão interna – ligação entre a placa e a frente da fonte ...................... 19

Figura 20 – Visão lateral interna................................................................................ 19

Figura 21 – Bancada de testes.................................................................................... 20

Figura 22 – Leitura de ripple no osciloscópio............................................................ 21

Gráfico 1 – Ripple em diferentes tensões e cargas .................................................... 23

Gráfico 2 – Queda de tensão: tensão sem e com a carga ........................................... 24

Tabela 1 – Resistores utilizados como carga ............................................................. 21

Tabela 2 – Resultados obtidos nos testes ................................................................... 22

1. Título ( convencimento do leitor )

Fonte de Alimentação com Regulagem 0 a 12 VDC, 1A , com proteção e alarme

( sonoro e visual ) contra curto e sobre-corrente.

2. Utilidade ( indicações de uso )

Pode ser utilizada como fonte de bancada, para alimentar projetos que estejam em

protoboards ou em testes e que precisam de uma tensão específica não encontrada em fontes

comerciais ou que sejam sensíveis a uma elevação abrupta de corrente e que precisem,

portanto, de proteção contra sobre-correntes.

Pode também ser utilizada para alimentação de equipamentos de baixa potência

dentro da faixa de tensão disponibilizada, como, por exemplo, rádio-relógios, brinquedos, cd-

players, ou mesmo como carregador de pilhas.

Adicionalmente, pode-se utilizar as três saídas de 220V como extensão.

3. Descrição técnica

3.1 Princípio de funcionamento

Nossa fonte é constituída por uma etapa abaixadora de tensão, uma retificadora, uma

de filtragem, uma de proteção ( sobre-corrente e curto ) e uma reguladora. Podemos

representar o circuito através do seguinte diagrama de blocos:

Figura 1 – Diagrama de blocos do circuito

Na etapa abaixadora, a tensão da rede é convertida para um valor mais conveniente

para as próximas etapas ( 15+15V ); na etapa de retificação utilizamos 2 diodos para obtermos

uma tensão contínua pulsante ( sem mudança de sentido ) a qual é entregue à etapa de

filtragem, em que conseguimos uma tensão mais ou menos uniforme; a etapa de proteção só é

acionada quando o valor de corrente passando pela carga excede 1A, o que aciona um circuito

de alarme e desliga a alimentação da carga; a etapa de regulagem é responsável pela escolha

da tensão de saída ( 0 a 12V ) e por manter o valor sem flutuações.

3.2 Aprofundamento do funcionamento de funcionamento

O circuito correspodendente é o que segue, onde destacamos as etapas apresentadas

acima para melhor visualização.

Figura 2 – Circuito eletrônico da fonte

Examinemos, agora, cada uma das etapas de nosso projeto separadamente.

3.2.1 Abaixamento da tensão

A primeira etapa de nossa fonte constitui-se de um transformador abaixador de

tensão, que transformará a tensão de entrada da rede de energia ( 220V ) em um valor algo

maior que o máximo oferecido pela fonte ( 15V ), entregando-o à próxima etapa do circuito.

Utilizamos um transformador do tipo center tape 15+15V com potência de 30W ( 2 Amperes

).

3.2.2 Retificação

Para a etapa

seguinte ( retificação ) , utilizamos dois diodos 1N4002 ligados

a cada uma das saídas do transformador e ao tap central, no que

é chamado de sistema de retificação de onda completa, como

mostrado na figura abaixo. O 1N4002 suporta uma tensão

reversa de 100V e uma corrente direta máxima de 1A .

Figura 3 – Retificação com ponte de diodos

O diodo D1 conduz apenas nos semi-ciclos positivos ( A ), enquanto que o diodo D2

conduz os semiciclos negativos ( B ). Os dois semiciclos são unidos e circulam no mesmo

sentido pelo circuito da carga.

No final desta etapa, temos uma onda de valor variável mas sem mudança de sentido

( sempre positiva ). Haverá, nesta etapa, uma queda de tensão de aproximadamente 0,8V

devido à barreira de potencial existente nos diodos.

3.2.3 Filtragem

Na etapa de filtragem, foi utilizado, inicialmente, um capacitor eletrolítico de 2200μF

( tensão de trabalho de 25V ) de modo a diminuir a ondulação ( ripple ) da tensão retificada.

O capacitor se carrega com a tensão de pico do secundário do transformador ( sem

levar em conta a queda de tensão no diodo ) e quando cada semiciclo começa a sua queda o

capacitor se descarrega lentamente através da carga , mantendo a corrente aproximadamente

constante, até que a tensão de cada semiciclo seguinte alcance o valor que recupere a carga

perdida. Veja a figura a seguir.

Figura 4 – Exemplo de ripple numa etapa de filtragem

Desta forma, alternando os ciclos de carga e descarga durante os tempos de condução

e não-condução do diodo, o capacitor pode manter uma corrente mais ou menos constante

sobre a carga.

A pequena variação que ocorre na tensão é o que se chama ondulação ou ripple. O

ripple é normalmente expresso em termos da porcentagem que ele representa da tensão de

saída. Uma fonte com um ripple elevado, quando alimenta um circuito de áudio, por exemplo,

faz com que um ruído na sua frequência seja produzido.

Quanto maior for o capacitor, mais lenta será sua descarga entre os semiciclos e

assim menor o ripple. Por outro lado, quanto maior for a corrente exigida pela carga, mais

rapidamente cai a tensão do capacitor e maior será o ripple.

Existe, pois, uma relação entre o valor do capacitor de filtragem, a tensão da fonte e a

corrente na carga. Uma regra indicada no livro sobre fontes de Newton Braga é usar 1000μF

de capacitor para cada ampére de corrente de carga em fontes entre 6 e 15V.

Na etapa de testes, observamos que o ripple estava um pouco elevado ( chegando a

1,2V com carga e tensão máximas ), o que nos levou a trocar o capacitor do projeto original

para um capacitor de 4700 μF, levando a uma queda de ripple para a metade dos valores

originalmente obtidos ( maiores detalhes, veja resultados dos testes abaixo ).

Um outro ponto importante que deve ser observado em relação à filtragem é que em

alguns tipos de fonte é comum a ligação de um capacitor cerâmico em paralelo com o

capacitor eletrolítico, pois estes não se comportam bem quando existe um componente de alta

frequência no circuito. Coloca-se um capacitor cerâmico em paralelo para desacoplar os sinais

de alta frequência que não passam pelo eletrolítico. Este procedimento não foi, entretanto,

utilizado em nosso projeto.

3.2.4 Proteção

Para evitar que uma corrente excessiva, provocada por um curto ou de qualquer

modo não desejada, danifique o circuito ligado à fonte, uma das etapas da fonte é responsável

pela proteção contra sobre-corrente ( servindo também como proteção contra curto-circuitos ).

Esta etapa tem como elemento principal um SCR TIC106 que, ao conduzir, fecha um

circuito alimentando a bobina de um relé, fazendo com que a carga deixe de ser alimentada (

contato normalmente fechado – NF - do relé ) e, ao mesmo tempo, alimentando um circuito

de alarme ( contato normalmente aberto – NA - do relé ), composto por um led vermelho e

uma buzina ( buzzer ).

Na figura abaixo temos, destacada do nosso circuito, a etapa de proteção.

Figura 5 – Circuito de proteção usando SCR TIC 106

A tensão retificada e filtrada entra no contato comum do relé e também na

alimentação da sua bobina. Do contato normalmente fechado segue para a etapa seguinte (

regulagem ) e desta para a carga. A bobina do relé não está energizada ( quando em operação

normal ), pois o SCR mantém o circuito aberto. O circuito de alarme ( buzzer e led ) está

ligado ao contato normalmente aberto do relé.

Quando entre o catodo e o gate do SCR houver uma tensão de 1V este passa a

conduzir ( veja nos anexos o datasheet do TIC106 para maiores detalhes sobre o mesmo ),

como se houvesse um curto entre anodo (a) e catodo (k), de maneira que a bobina do relé se

energiza, abrindo o caminho que energizava a carga ( contato NF ) e alimentando o circuito

de alarme ( contato NA ).

Uma vez que nossa fonte deve fornecer um máximo de 1A para a carga, devemos

colocar entre catodo e gate um resistor que faça surgir entre os mesmos uma tensão de 1V

assim que a corrente atravessando o circuito supere o valor de 1A. Na figura acima, este

resistor está identificado como R4.

Usando a Lei de Ohm, para uma corrente de 1A (corrente máxima que deve circular

), teríamos:

Deve-se, entretanto, utilizar um valor de resistência levemente inferior a 1Ώ, uma

vez que até 1A a fonte deve funcionar normalmente.

Depois que o SCR passa a conduzir ( por causa de uma sobre-corrente no circuito ),

para que o mesmo volte à condição inicial “aberto” ( e consequentemente para que a carga

volte a ser alimentada e o alarme desligado ) é preciso cortar a alimentação do mesmo. Para

tanto, colocamos um botão push do tipo normalmente fechado no circuito, funcionando como

reset da fonte. Deve-se notar, entretanto, que se a situação de sobre-corrente ( ou curto )

persistir, a etapa protetora será novamente acionada.

No nosso projeto, utilizamos, por questões práticas, um resistor de 0,5 Ώ, o que levou

a proteção a ser ativada apenas quando a corrente passa de 1,46 A ( veja resultados, para

maiores informações ).

Adicionalmente, como proteção contra curto-circuitos, colocamos um fusível de

500mA antes do primário do transformador.

V = I . R, R = V / I = 1 / 1 = 1Ώ.

3.2.5 Regulagem ( e ajuste )

A última etapa de nossa fonte é responsável por fornecer à carga uma tensão

selecionada ( ajuste ) entre 0 e 12 volts e por manter esta tensão ( regulagem ) sem variações.

Utilizamos, para esta finalidade, o que se chama regulador série, cujos elementos

principais são, em nosso circuito, um diodo zener e um transistor.

Figura 6 – Regulagem de tensão com Diodo Zenner e Transistor

Diodos zener são um tipo especial de diodo que, quando polarizado inversamente,

mantêm constante a tensão entre seus terminais ( tensão zener ) independentemente da

corrente ( até o limite da máxima corrente reversa ). Um diodo zener de 15V, por exemplo,

inversamente polarizado, manterá 15V entre seus terminais, mesmo que seja aplicado sobre o

mesmo uma tensão de, digamos, 20V. A tensão, no entanto, deve ser de no mínimo 15 V, no

exemplo dado, para que o zener funcione adequadamente. Abaixo, na figura, a curva

característica de um diodo zener.

Figura 7 – Curva do diodo Zener

Utilizamos, em nosso projeto, um diodo zener de 15V / 1W, o que significa que o

mesmo manterá entre seus terminais uma tensão fixa de 15V podendo ser percorrido uma

corrente de aproximadamente 700mA ( P = V.I , I = 1/15 = 700mA ). A tensão é um pouco

maior que a máxima especificada para a saída ( 12V ), pois temos de levar em conta as quedas

de tensão nos componentes da fonte, em especial, no transitor.

Colocamos em série com o diodo zener um resitor ( R1 ) limitador de corrente, para

que não se ultrapasse a capacidade de dissipação do diodo ( 1W ).

Para que possamos fornecer a corrente máxima de 1A à carga sem exceder a

capacidade de dissipação do zener, utilizamos um transistor de potência ( Q1 ) , no nosso caso

o TIP31. O TIP31 suporta uma tensão máxima entre coletor e emissor de 40 volts ( Vce=40V

) e uma corrente máxima de coletor de 3 ampéres ( Icmáx = 3A ), o que está de acordo com os

valores a que será submetido em nosso projeto ( para maiores detalhes, veja o datasheet do

TIP31, em anexo ).

Com o uso do transistor, garantimos que sobre o diodo zener circulará uma corrente

muito pequena em relação à corrente exigida pela carga. O transistor deve ser dotado de um

dissipador de calor.

Através do potenciômetro P1, ajustamos a tensão entre coletor e base do transistor,

possibilitando que a tensão de saída varie entre 0 e 12V. O valor do potenciômetro ( 4,7K )

deve ser tal que forneça a corrente necessária para saturar o transistor.

3.3 Especificações construtivas

3.3.1 Desenho da placa de circuito impresso

Originalmente, o desenho da placa de circuito impresso de nossa fonte era como na

figura abaixo.

Figura 8 – Placa de circuito impresso ( versão original )

A seguir, desenho espelhado da placa de circuito impresso, para utilizar na confecção

da placa de circuito através do processo de “passar roupa”.

Figura 9 – Placa de circuito impresso ( versão original, espelhada )

7cm

4,5 cm

7cm

4,5 cm

Para facilitar a montagem, acabamos por utilizar uma versão alterada ( usando Paint

Shop Pro ) da placa de circuito impresso, na qual as trilhas estão mais afastadas e mais

grossas. Esta versão foi uma alteração desenhada “a mão” e, por isso, não possui um design

tão atraente quanto a primeira.

Seguem as imagens da nova versão de placa ( normal e espelhada ), que foi utilizada

no projeto final ( tamanho igual à anterior: 7x4,5cm ).

Figura 10 – Placa modificada

Figura 11 – Placa modificada ( espelhada )

3.3.2 Listagem de componentes

Itens Especificação Custo por unidade (R$)

Q1 TIP31C, transistor NPN de potência 1,45

SCR TIC106 – SCR para qualquer tensão 3,10

D1, D2 1N4002, diodos retificadores 0,10

Z1 Diodo Zener, 15Vx1W 0,25

LED1 Led verde comum 0,15

LED2 Led vermelho comum 0,15

C1 Capacitor eletrolítico 4700 μF x 35V 3,30

Itens Especificação Custo por unidade (R$)

C2 Capacitor eletrolítico 10 μF x 16V 0,13

R1 Resistor 220Ώ x 1W ( vermelho,vermelho, marrom ) 0,14

R2,R3 Resistor 2,2KΏ x 1/8W ( vermelho,vermelho,vermelho ) 0,06

R4 Resistor 1Ώ x 2W ( marrom, preto, prateado ) 0,50

P1 Potenciômetro 4,7KΏ ou 10kΏ - linear ou logarítmico 4,00

J1,J2 Bornes vermelho e preto 0,60

T1 Transformador 220V para 15+15V e 2A 12,80

K1 Relé de 12Vx50a200mA – 2 contatos reversíveis 4,50

F1 Fusível 500mA 0,15

S1 Interrupotor simples 0,95

S2 Botão de reset tipo normalmente fechado 1,20

B1 Buzina 12V 5,80

Total 38,23

A maioria dos componentes foi facilmente encontrada no comércio local ( Yama,

Radar, etc ). O SCR TIC106, que não foi encontrado em algumas lojas, pode ser substituído

pelo BT151.

4. Montagem do projeto

4.1 Montagem em matriz de contatos

A montagem em matriz de contato possibilitou que testássemos o funcionamento da

fonte antes que tivéssemos disponíveis a placa de circuito impresso e o gabinete. Depois de

alguns problemas com algumas matrizes, que pareciam estar em curto, compramos uma

matriz de contatos nova e conseguimos, então, montar a fonte sem maiores problemas.

4.2 Confecção da placa de ci

Para confeccionar a placa de circuito impresso, devemos pegar um pedaço de

fenolite, de acordo com o tamanho da placa, limpar bem a parte cobreada ( usar uma palha de

aço – bombril ), desenhar sobre o cobreado o circuito, colocar a placa numa mistura corrosiva

( percloreto de ferro ) e depois fazer os furos onde serão colocados os terminais dos

componentes.

Utilizamos, para confecção do desenho do circuito impresso sobre a placa, o método

de “passar roupa”, que consiste em pegar uma imagem espelhada do desenho da placa,

impressa em uma transparência, colocá-la firmemente segura sobre o cobreado do fenolite e,

então, colocar um ferro de passar roupa ( quente e com certa pressão ) sobre a transparência.

A tinta da transparência, ao esquentar, passa para o fenolite, o qual ficará com o desenho do

circuito, ao final. O tempo de permanência do ferro sobre a placa varia, devendo-se

inspecionar o processo para ver se já foi o suficiente ( no nosso caso, 30 minutos ).

Nós não obtivemos um bom resultado da transferência do desenho com o método de

passar roupa e tivemos que utilizar uma caneta de projetor preta para desenhar grande parte

do circuito.

Outras formas de se desenhar o circuito sobre o fenolite são: desenhar a mão, com

uma caneta retroprojetor, usar decalques.

Depois de desenhado o circuito, a placa deve ser banhada por uma substância

corrosiva ( ácido percloreto de ferro ), que, devido à tinta no desenho, fará com que o cobre

permaneça apenas nas trilhas e ilhas do circuito. O tempo de permanência aqui também é

variável, dependendo da qualidade da mistura corrosivo, pelo que deve-se estar retirando a

placa de vez em quando para verificar se o processo corrosivo já chegou ao fim.

CUIDADO! A substância ácida é perigosa

para a saúde. Evite contato com a pele e,

principalmente, olhos ou mucosas. Evite

respirar o vapor que sai da mistura. Utilize

roupas velhas quando for trabalhar com o

ácido, pois se o mesmo respingar na sua

roupa provavelmente a estragará.

A placa é amarrada a um fio e colocada na mistura. Coloca-se a mesma com o cobre

voltado para baixo. De vez em quando, puxa-se o fio para verificar o andamento do processo.

Pode-se dar uma “mexida” na placa de vez em quando, com cuidado, para que o excesso de

material se solte.

É preciso muita atenção ao tempo de permanência: pouco tempo e haverá excesso de

material, o que pode acarretar em curtos em locais inesperados, muito tempo e pode haver

corroção excessiva dos locais destinados às trilhas. No nosso caso, devido à qualidade da

mistura no momento, tivemos um tempo de permanência na mistura ácida de 45 minutos.

Depois que se retira a placa do ácido, lava-se a mesma com água corrente.

Em seguida, fazemos os furos onde ficarão os terminais dos componentes. Se for

verificado algum excesso localizado de cobre, devemos raspá-lo, caso contrário teremos

caminhos inesperados no circuito.

4.3 Soldagem dos componentes

Devemos tomar cuidado, durante a montagem dos componentes na placa de circutio

impressso, para que os mesmos não sejam submetidos a calor excessivo.

Para tanto, soldamos primeiramente os componentes mais robustos ( resistências,

capacitores, fios ) e por último os mais delicados ( transistores, SCRs, diodos ), de modo que

estes últimos fiquem menos tempo expostos ao calor do ferro de soldagem. O ferro não deve

ser de uma potência muito elevada ( 20W ) para evitar aquecimento desnecessário.

Abaixo, figura da soldagem ( parte de baixo ) dos componentes na placa.

Figura 12 – Parte de baixo da placa de ci – terminais soldados

4.4 Montagem do gabinete

Utilizamos como gabinete de nossa fonte, um gabinete de estabilizador de

microcomputador, metálico, cinza, de 18cm x 11cm x 11cm ( profundidade x largura x

altura ).

Figura 13 – Gabinete – visão frontal

Figura 14 – Gabinete – visão lateral

1. Botão liga/desliga 4. Botão de reset

2. Bornes de saída 5. Led de funcionamento normal ( verde )

3. Seletor de tensão

( potenciômetro )

6. Led de curto/sobre-corrente ( vermelho )

Legenda para figura 13

1

2 34

5 6

Dentro do gabinete, próximo da abertura de ventilação lateral, fica a buzina do

alarme de sobre-corrente.

Figura 15 – Gabinete – embaixo

Figura 16 – Gabinete – visão de trás

Embaixo do gabinete, colocamos pés de borracha, servindo tanto para isolamento

elétrico quanto para dar maior estabilidade na fonte, evitando que a mesma escorregue.

Na parte de trás ficam o cabo de alimentação ( 2 pinos + terra ), o fusível e três

tomadas adicionais ( podem ser usadas como extensões ) que já estavam no gabinete.

Importante ressaltar que nossa fonte está aterrada ao terra da alimentação. Na frente do

gabinete ficam os bornes de saída - na parte de baixo, afastados dos outros elementos - seletor

de tensão, botões de reset e liga/desliga e leds de funcionamento e de alarme.

Internamente, temos o transformador colocado na parte de trás, próximo da entrada

da rede ( cabo de alimentação ) e a placa de circuito na parte da frente, próxima dos elementos

de controle e sinalização ( botões, bornes e leds ).

Figura 17 – Visão interna, vista de cima

Figura 18 – Visão interna -

transformador

Figura 19 – Visão interna – ligação entre

a placa e a frente da fonte

A placa de circuito impresso foi parafusada na carcaça do gabinete ( parte de baixo ).

Colocamos três pés de borracha para garantir isolamento elétrico e para melhor

ventilação ( veja figura 12 acima ).

Figura 20 – Visão lateral interna

As dimensões do gabinete, junto com as aberturas laterais ( veja figura 14 acima )

garantem uma boa ventilação. Adicionalmente, o transistor foi dotado de um bom dissipador

de calor.

5. Procedimentos de teste

Depois de devidamente montada, submetemos nossa fonte a vários testes de bancada

para verificar se a operação da mesma corresponderia às especificações teóricas.

5.1 Orientações para a realização de testes

Para realização dos testes, ligamos à fonte uma carga resistiva pura ( resitores de

potência ), com valores previamente definidos, para obtermos, em várias tensões

selecionadas, comportamento de meia-carga, ¾ de carga e carga total ( respectivamente 0.5,

0.75 e 1 A ).

Juntamente com a carga, ligamos um voltímetro ( em paralelo ), um amperímetro (

em série com a carga ) e o osciloscópio ( em paralelo à carga ). Veja figura abaixo.

Figura 21 – Bancada de testes

Os valores de tensão escolhidos para teste foram 6, 9 e 12V. Para cada valor de

tensão, utilizamos uma carga resistiva que expusesse a fonte a uma situação de meia-carga, ¾

de carga e carga máxima, como já dito. Os valores de resistência encontrados, calculados

através da lei de ohm, foram os que seguem.

Tensão de teste (V) Carga desejada ( A ) Resistor calculado (Ώ)

6 ½ 12

6 ¾ 9

6 1 6

9 ½ 18

9 ¾ 12

9 1 9

12 ½ 24

12 ¾ 16

12 1 12

Tabela 1 – Resistores utilizados como carga

Durante a realização dos testes, não conseguimos obter os valores de resistência

extatos acima, devido à tolerância dos resistores e necessidade de fazer associação de

resitores. Na apresentação dos resultados ( seção seguinte ), colocamos os valores reais de

resitores utilizados ( que foram medidos antes de cada teste com ohmímetro ). Os valores de

corrente calculados também levam em conta os valores reais de resistência.

Os testes com carga seguiram a seguinte rotina: mede-se a resitência de carga ( para

obter o valor real ), coloca-se a resistência como carga, liga-se a fonte, ajusta-se a tensão ao

valor do teste, mede-se a corrente, mede-se o ripple, retira-se a carga, anota-se o valor da

tensão sem a carga ( o que equivale à queda de tensão ). Abaixo, um exemplo de medição de

ripple.

Figura 22 – Leitura de ripple no osciloscópio

O teste a vazio foi feito simplesmente alterando os valores de tensão de 0 a 15V (

máxima tensão a vazio ). No teste a vazio não houve qualquer ripple.

O teste de curto-circuito foi feito curto-circuitando-se os bornes de saída da fonte, o

que resultou no pronto acionamento do circuito de alarme.

O teste de sobre-corrente foi realizado com uma carga resistiva de 6,5 Ώ. Elevou-se a

tensão até que o circuito de alarme fosse acionado. Alcansou-se esta situação quando a

corrente medida chegou a 1,46 A . Este fato decorre da nossa escolha de um resitor de 0,5 Ώ

para o circuito de alarme. Este valor foi escolhido por motivos práticos ( dificuldade de

encontrar uma resistência de valor ligeiramente maior ). Com uma resistência de 1 Ώ ( valor

original do projeto ) o circuito de alarme se acionava quando a corrente ultrapassava 600mA,

valor baixo demais. O valor de resitência ideal seria algo entre 0,5 e 1 ohms –

aproximadamente 0,8 Ώ.

Não houve aquecimento anormal dos componentes, apenas sendo notado o

aquecimento normal do dissipador de calor ligado ao transistor.

5.2 Apresentação dos resultados

A tabela abaixo representa um sumário dos valores obtidos nos testes.

Tensão

de teste

(V)

Carga

( A )

Resistor

real ( Ώ )

Corrente

calculada

( mA )

Corrente

medida

(mA )

Tensão sem

a carga ( V )

Ripple

( mV )

Ripple

(%)

6 ½ 11,8 508,47 520 13 0 0

6 ¾ 9,2 652,17 680 13,5 0 0

6 1 6,5 923,08 960 14 200 3,3

9 ½ 15,7 573,25 560 14 0 0

9 ¾ 11,8 762,71 780 14,3 100 1,1

9 1 9,2 978,26 1010 14,6 200 2,2

12 ½ 26,8 447,76 440 14,5 0 0

12 ¾ 15,7 764,33 760 14,9 300 2,5

12 1 11,8 1016,95 1040 15 600 5

Tabela 2 – Resultados obtidos nos testes

Com tensões e cargas pequenas não há aparecimento de ripple.

Os valores de corrente medidos diferem levemente dos valores calculados, o que

podemos considerar ser devido a imprecisão dos instrumentos, tanto na medida da corrente e

tensão quanto na obtenção da resistência da carga.

A partir de ¾ de carga ( dependendo da tensão ) e para carga máxima ( em todas as

tensões ) há o aparecimento de um certo ripple.

Adotamos o procedimentos de dobrar o valor do capacitor inicialmente escolhido (

de 2200 μF para 4700 μF ), com o que conseguimos fazer o ripple cair pela metade.

0

100

200

300

400

500

600

700

6 9 12

tensão de teste ( V )

valo

r de

rippl

e ( m

V )

½ A¾ A1A

Gráfico 1 – Ripple em diferentes tensões e cargas

No gráfico acima vemos como o ripple aumenta com a carga e com a tensão.

Em todos os testes houve uma significativa queda de tensão, comprovada pelo

procedimento de retirar-se a carga e verificando-se a elevação da tensão a vazio ( coluna

tensão sem a carga ) .

Abaixo, o gráfico mostrando os valores de tensão depois que se retira a carga.

No eixo x os valores ajustados com a carga. No eixo y, os valores alcançados quando

sem a carga.

12

12,5

13

13,5

14

14,5

15

15,5

6 9 12

tensão de teste ( V )

tens

ão re

tirad

a a

carg

a ( V

)½ A¾ A1A

Gráfico 2 – Queda de tensão: tensão sem e com a carga

6. Resultados esperados / obtidos e considerações finais

Os testes realizados comprovaram que a operação da fonte estava conforme o

especificado na parte teórica.

O ripple não foi considerável e, como observado, pode ser ainda menor se se colocar

um capacitor de maior valor.

A queda de tensão que ocorre quando se conecta uma carga à fonte foi grande ( 13

volts para 6 volts, no menor valor testado ), mas, ainda assim, conseguimos chegar ao valor

máximo de 12 volts com carga total, que é o valor limite especificado em nosso projeto. A

vazio a maior tensão chega a 15 volts.

A proteção de sobre-corrente funcionou como esperado, mas o valor de disparo,

devido à dificuldade de ajuste da resistência do circuito de alarme, ficou acima do desejado (

1,46A e não 1A ). Durante a montagem, quando a resistência era 1Ώ ( valor original ) o

disparo ocorria em 600mA. Imaginamos, então, que baixando-se para um valor de 0,5 Ώ

teríamos um valor de disparo de 1,2A ( mais próximo do desejado ), mas o mesmo não

aconteceu ( o disparo acontece apenas em 1,46A ).

O ideal seria utilizarmos um trimpot para ajustar o valor de disparo de forma precisa,

o que também possibilitaria que o usuário modificasse o valor de disparo de acordo com a sua

necessidade. Seria necessário, entretanto, que fosse um resistor de potência, pois o mesmo

será percorrido por até 1A.

De forma geral, os resultados obtidos atenderam nossas expectativas e estão de

acordo com o que era esperado.