ANÁLISE E MANUTENÇÃO EM FONTES CHAVEADAS PARA MICROCOMPUTADORES

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ..............................................................................................................................4

2. OBJETIVOS ....................................................................................................................................5

2.1. OBJETIVOS GERAIS .................................................................................................................8

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................................8

3. HISTÓRICO DO IFPE....................................................................................................................9

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................................13

4.1. TRANSFORMADOR ................................................................................................................13

4.2. DIODO........................................................................................................................................13

4.2.1. POLARIZAÇÃO DO DIODO ................................................................................................14

4.2.2. POLARIZAÇÃO DIRETA.......................................................................................................14

4.2.3. POLARIZAÇÃO REVERSA ..................................................................................................16

4.2.3. PONTE RETIFICADORA .....................................................................................................18

4.3. CAPACITOR...............................................................................................................................20

4.3.1. FILTRAGEM OU FILTRO......................................................................................................22

4.3.2. RIPPLE.....................................................................................................................................22

4.4. REGULADOR DE TENSÃO AJUSTÁVEL .............................................................................22

4.5. POTENCIÔMETRO......................................................................................23

5. ATIVIDADES REALIZADAS NO ESTÁGIO ............................................................................25

6. CONCLUSÃO...............................................................................................................................26

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS...........................................................................................27

8. ANEXOS........................................................................................................................................28

1. INTRODUÇÃO

A fonte de tensão contínua é um dispositivo eletrônico que fornece um valor determinado de tensão a carga na qual for ligada. Uma fonte de tensão é constituída basicamente de quatro partes: a parte transformadora, o retificador, o filtro capacitivo e o regulador de tensão.

A parte abaixadora de tensão é constituída, basicamente, por um transformador que tem como função, neste caso, reduzir a tensão alternada (CA) que chegará à parte retificadora. Essa transformação é de acordo com a relação de espiras entre a parte primária e secundária.

Ao sair do transformador, a tensão segue para a parte retificadora do circuito. O retificador é constituído por quatro diodos em uma configuração que se assemelha a Ponte de Wheatstone. Atualmente, a indústria eletroeletrônica produz um único componente que contém a mesma configuração de quatro diodos em ponte, simplificando assim a construção de circuitos e reduzindo a quantidade de componentes a serem utilizados. Ao passar pela ponte de diodo, a tensão é retificada em onda completa.

Ao sair do transformador, a tensão segue para a parte retificadora do circuito. O retificador é constituído por quatro diodos em uma configuração que se assemelha a Ponte de Wheatstone. Atualmente, a indústria eletroeletrônica produz um único componente que contém a mesma configuração de quatro diodos em ponte, simplificando assim a construção de circuitos e reduzindo a quantidade de componentes a serem utilizados. Ao passar pela ponte de diodo, a tensão é retificada em onda completa.

A tensão retificada segue para o filtro capacitivo que elimina variações bruscas na carga, produzindo uma tensão contínua (CC). Apesar da utilização desse filtro, o sinal de tensão ainda apresenta algumas pequenas ondulações/ruídos (ripple). Para obtenção de um sinal mais contínuo, emprega-se outro filtro capacitivo.

A parte reguladora de tensão é formada basicamente por um circuito integrado (CI) e o circuito que o acompanha. Os CIs reguladores contem os circuitos de fonte de referência, o amplificador comparador, o dispositivo de controle e a proteção contra sobrecarga, tudo dentro de um único encapsulamento. Apesar da diferença física, os CIs reguladores de tensão apresentam o mesmo funcionamento dos circuitos reguladores discretos. As unidades de CI podem oferecer regulação para uma tensão positiva fixa, tensão negativa fixa ou tensão ajustável.

As fontes de tensão estão presentes em todos os equipamentos eletrônicos, por exemplo, em televisores, computadores, circuitos carregadores de bateria e outros, e seu uso é indispensável no cenário atual.

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVOS GERAIS

Este relatório tem o objetivo de descrever as atividades realizadas no período de trabalho e também as modificações feitas nas manutenções corretivas nos problemas encontrados durante o funcionamneto dos PC's em produção. Bem como apresentar os resultados finais encontrados.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

O objetivo especifico do projeto foi fazer um estudo detalhado de uma fonte chaveada preexistente, de modo tal a fazer um esquema eletrônico desta fonte. Outro objetivo foi de fazer a otimização do circuito eletrônico de forma a suprimir componentes desnecessários e em contra partida substituir outros por componentes de melhor qualidade.

3. HISTÓRICO DO IFPE

Em 23 de setembro de 1909, através do Decreto Nº 7.566, o Presidente Nilo Peçanha criava em cada uma das capitais dos Estados do Brasil uma Escola de Aprendizes Artífices, destinadas a ministrar o ensino profissional primário e gratuito.

As escolas tinham o objetivo de formar operários e contramestres. O curso seria oferecido sob o regime de externato, funcionando das 10 às 16 horas. A Escola de Pernambuco iniciou suas atividades em 16 de fevereiro de 1910.

As Escolas de Aprendizes Artífices foram reformuladas posteriormente, em 1918 (Decreto Nº 13.064, de 12 de junho), conservando, contudo, o seu caráter de instituição destinada a meninos pobres e apresentando poucas modificações em relação ao projeto original. Em 1937, pela Lei Nº 378, de 13 de janeiro, essas escolas passaram a ser denominadas Liceus Industriais.

A Lei Orgânica do ensino industrial (Decreto-Lei Nº 4.073, de 30 de Janeiro de 1942) veio para modificar completamente as antigas Escolas de Aprendizes Artífices, que passaram a oferecer ensino médio e, aos poucos, foram se configurando como instituições abertas a todas as classes sociais. A partir de 1942, o ensino industrial, abrangendo dois ciclos, o básico e o técnico, foi ampliado, passando a ser reconhecido como uma necessidade imprescindível para o próprio desenvolvimento do país.

Mais adiante, em 1959, a Lei Nº 3.552 deu estruturas mais amplas ao ensino industrial. Posteriormente, as leis de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (Lei Nº 4.024, de 20 de dezembro de 1961) e de Expansão e Melhoria do Ensino (Lei Nº 5.692, de 11 de agosto de 1971) também reformularam o ensino industrial.

Durante esse longo período, a Escola de Ensino Industrial do Recife, com as denominações sucessivas de Escola de Aprendizes Artífices, Liceu Industrial de Pernambuco, Escola Técnica do Recife e Escola Técnica Federal de Pernambuco (ETFPE), serviu à região e ao país, procurando ampliar sua missão de centro de educação profissional. Até hoje, funcionou em três locais diversos: no período 1910/1923, teve como sede o antigo Mercado Delmiro Gouveia, onde funciona atualmente o Quartel da Polícia Militar de Pernambuco, no Derby; a segunda sede da escola localizou-se na parte posterior do antigo Ginásio Pernambucano, na Rua da Aurora; a partir do início do ano letivo de 1933, passou a funcionar na Rua Henrique Dias, 609, mais uma vez no bairro do Derby, sendo a sede oficialmente inaugurada em 18 de maio de 1934.

Durante esse longo período, a Escola de Ensino Industrial do Recife, com as denominações sucessivas de Escola de Aprendizes Artífices, Liceu Industrial de Pernambuco, Escola Técnica do Recife e Escola Técnica Federal de Pernambuco (ETFPE), serviu à região e ao país, procurando ampliar sua missão de centro de educação profissional. Até hoje, funcionou em três locais diversos: no período 1910/1923, teve como sede o antigo Mercado Delmiro Gouveia, onde funciona atualmente o Quartel da Polícia Militar de Pernambuco, no Derby; a segunda sede da escola localizou-se na parte posterior do antigo Ginásio Pernambucano, na Rua da Aurora; a partir do início do ano letivo de 1933, passou a funcionar na Rua Henrique Dias, 609, mais uma vez no bairro do Derby, sendo a sede oficialmente inaugurada em 18 de maio de 1934.

Uma nova mudança de endereço aconteceu em 17 de janeiro de 1983, quando a ETFPE passou a funcionar na Avenida Professor Luis de Barros Freire, 500, no bairro do Curado, em instalações modernas, projetadas e construídas com o esforço conjunto de seus servidores e alunos. Nessa sede, hoje, funciona o campus Recife do INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE PERNAMBUCO.

Em 1999, através do Decreto S/N de 18/01/1999, a ETFPE é transformada em Centro Federal de Educação Tecnológica de Pernambuco, o CEFET-PE, ampliando seu portifolio de cursos e passando também a atuar na Educação Superior como cursos de formação de tecnólogos. É nesse quadro contínuo de mudanças e transformações, fruto, portanto, de um processo histórico, que se encontra inserido o CEFET-PE, cujo futuro está à mercê dos desígnios dos sistemas político e produtivo do Brasil.

Em 2004, com a publicação do Decreto Nº 5.154, de 23 de julho de 2004, que regulamenta o § 2º do Artigo 36 e os Artigos 39 a 41 da Lei Nº 9.394, de 20 de dezembro de 1996, são criados os Cursos Técnicos na Modalidade Integrada. Já em 2005, o Decreto Nº 5.478, de 24 de junho de 2005, institui, no âmbito das Instituições Federais de Educação Tecnológica, o Programa de Integração da Educação Profissional ao Ensino Médio na Modalidade de Educação de Jovens e Adultos (PROEJA).

Foi através do Decreto Nº 53.558, de 13 de fevereiro de 1964, que as atuais Escolas Agrotécnicas Federais receberam a denominação de Colégios Agrícolas e passaram a oferecer os cursos Ginasial Agrícola e Técnico Agrícola. Em 04 de setembro de 1979, os Colégios Agrícolas passaram a denominar-se Escolas Agrotécnicas Federais (EAFs). Em novembro de 1993, as EAFs foram transformadas em Autarquias Federais, assim instituídas pela Lei Nº 8.731, passando a ser dotadas de autonomia administrativa, financeira, patrimonial, didática e disciplinar.

É importante, ainda, pontuar as principais mudanças ocorridas no âmbito de atuação dos CEFETs, nas últimas três décadas, com as leis Nº 5.692/71 (Educação Profissionalizante Compulsória); Nº 7.044/82 (Educação Profissionalizante Facultativa); e Nº 8.948/94 (Criação do Sistema Nacional de Educação Tecnológica).

Através dessas leis, o CEFET-PE expandiu seu raio de atuação com a implantação das Unidades de Ensino Descentralizadas – as UNEDs. O Centro Federal de Educação Tecnológica de Petrolina – CEFET Petrolina, foi criado a partir da Escola Agrotécnica Federal Dom Avelar Vilela – EAFDABV, pelo Decreto Presidencial (DOU nº. 227-A), de 26 de novembro de 1999. Esse Centro recebeu, por força do Decreto nº. 4.019, de 19 de novembro de 2001, a Unidade de Ensino Descentralizada de Petrolina, à época pertencente ao Centro Federal de Educação Tecnológica de Pernambuco; a Portaria Ministerial Nº 1.533/92, de 19/10/1992, criou a UNED Pesqueira, no Agreste Central, e a Portaria Ministerial Nº 851, de 03/09/2007, criou a UNED Ipojuca, na Região Metropolitana do Recife, fronteira com a região da Mata Sul do Estado.

Finalmente, com a publicação da Lei Nº 11.892, de 29 de dezembro de 2008, foi instituída a Rede de Educação Profissional, Científica e Tecnológica e criados os Institutos Federais de Educação, Ciência e Tecnologia. A partir daí, o INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE PERNAMBUCO passou a ser constituído por um total de nove campi, a saber: os campi de Belo Jardim, Barreiros e Vitória de Santo Antão (antigas Escolas Agrotécnicas Federais - AFs); os campi Ipojuca e Pesqueira (antigas UNEDs do CEFET-PE); o campus Recife (antiga sede do CEFET-PE); além dos campi Afogados da Ingazeira, Caruaru e Garanhuns.

Cumprindo a 3ª fase de Expansão da Rede Federal de Educação Profissional e Tecnológica, até 2014 o IFPE deverá ganhar mais sete unidades nas cidades de Cabo de Santo Agostinho, Palmares, Jaboatão, Olinda, Paulista, Abreu e Lima e Igarassu.

4.Revisão bibliográfica

4.1 TRANSFORMADOR

Baseia-se em duas propriedades dos indutores: de criar um campo magnético através de uma corrente elétrica e na capacidade de, sob o efeito de um campo magnético variável, gerar uma corrente elétrica. Alimentando um indutor com uma tensão alternada e posicionando um segundo indutor próximo a este, podemos criar uma corrente elétrica nesse segundo indutor. É essencial que o primeiro indutor seja alimentado com uma tensão alternada, pois só assim esse fenômeno acontecerá.

No transformador, há um núcleo de ferro que une os núcleos dos dois indutores. Esse núcleo é responsável por concentrar o campo magnético no centro dos indutores, possibilitando a máxima transferência de energia. O indutor onde ocorre a entrada da energia é chamado de primário, enquanto que o segundo indutor é chamado de secundário. A tensão transferida do primário para o secundário depende da relação entre o número de espiras entre os dois indutores. Reduzindo o número de espiras no secundário, a tensão sobre ele também será menor.

Nos transformadores cujo primário é destinado apenas à tensão da rede elétrica de 110 Volts, encontram-se apenas 2 terminais na sua entrada. Já nos modelos que, além de 110 Volts, podem operar a 220 Volts, encontramos 3 ou até mesmo 4 terminais. No primeiro caso, podemos selecionar entre 110 e 220 Volts facilmente, bastando ligar um dos terminais das extremidades à rede de energia e utilizar uma chave simples para selecionar os outros terminais. Caso a chave esteja selecionada para estar ligada ao terminal da outra extremidade, a corrente elétrica percorrerá toda a extensão do indutor e será apropriada para o uso em 220 Volts. Se a chave estiver selecionada para o terminal central do transformador, a corrente elétrica percorrerá metade do indutor e será adequada para o uso em 110 Volts e pode ser visto ilustrado na figura 3.

Figura 3.

Um detalhe importante que deve ser verificado antes da montagem de uma fonte é a potência do transformador. Todo transformador possui um limite máximo de corrente que flui no seu interior que depende da espessura do fio utilizado na confecção das espiras. Levando em conta que transformadores mais potentes, ou seja, que fornecem correntes maiores, são mais caros, devemos escolher o modelo adequado para a sua aplicação. Também é necessário considerar as limitações dos outros componentes, como os diodos retificadores e o regulador de tensão, para o projeto desejado.

4.2 DIODO

A união de um cristal tipo P e um cristal tipo N, obtêm-se uma junção PN, que é um dispositivo de estado sólido simples: o diodo semicondutor de junção.

Figura 5.

Devido à repulsão mútua os elétrons livres do lado N espalham-se em todas as direções, alguns atravessam a junção e se combinam com as lacunas. Quando isto ocorre, a lacuna desaparece e o átomo associado torna-se carregado negativamente (um íon negativo).

Figura 6.

Cada vez que um elétron atravessa a junção ele cria um par de íons. Os íons estão fixos na estrutura do cristal por causa da ligação covalente. À medida que o número de íons aumenta a região próxima à junção fica sem elétrons livres e lacunas. Chamamos esta região de camada de depleção. Além de certo ponto, a camada de depleção age como uma barreira impedindo acontinuação da difusão dos elétrons livres. A intensidade da camada de depleção aumenta com cada elétron que atravessa a junção até que se atinja um equilíbrio.

A diferença de potencial através da camada de depleção é chamada de barreira de potencial. A 25ºC, esta barreira é de 0,7V para o silício e 0,3V para o germânio. O símbolo mais usual para o diodo é mostrado na figura 7:

Figura 7.

4.2.1 POLARIZAÇÃO DO DIODO

Polarizar um diodo significa aplicar uma diferença de potencial às suas extremidades. Supondo uma bateria sobre os terminais do diodo, há uma polarização direta se o pólo positivo da bateria for colocado em contato com o material tipo P e o pólo negativo em contato com o material tipo N.

4.2.2 POLARIZAÇÃO DIRETA

No material tipo N os elétrons são repelidos pelo terminal da bateria e empurrados para a junção. No material tipo P as lacunas também são repelidas pelo terminal e tendem a penetrar na junção, e isto diminui a camada de depleção. Para haver fluxo livre de elétrons a tensão da bateria tem de sobrepujar o efeito da camada de depleção.

4.2.3 POLARIZAÇÃO REVERSA

Invertendo-se as conexões entre a bateria e a junção PN, isto é, ligando o pólo positivo no material tipo N e o pólo negativo no material tipo P, a junção fica polarizada inversamente. No material tipo N os elétrons são atraídos para o terminal positivo, afastando-se da junção. Fato análogo ocorre com as lacunas do material do tipo P. Pode-se dizer que a bateria aumenta a camada de depleção, tornando praticamente impossível o deslocamento de elétrons de uma camada para outra.

4.2.4 PONTE RETIFICADORA

No circuito retificador a tensão alternada presente no secundário do transformador VS é retificada porque sempre haverá um caminho para a corrente circular formado por um par de diodos que direciona a corrente para o terminal positivo da ponte!

Um retificador pode ser de meia onda, onda completa ou em ponte. O dispositivo utilizado nos retificadores é o diodo devido a sua característica de conduzir a corrente elétrica em apenas um sentido.

Figura 9: o semi-ciclo positivo!

Observe que na carga a corrente sempre flui do terminal superior para o terminal inferior, o terminal superior é o positivo da fonte! Este é um retificador de onda completa, pois nos dois semi-ciclos há presença de energia na carga!

A figura 11, mostra a forma no secundário do transformador e a forma de onda na carga!

Figura 11: Figura mostrando a forma de onda na entrada e na saída do retificador de onda completa em ponte.

4.3 FILTRO: CAPACITOR

Figura 12.

Componente eletrônico, constituído por duas placas condutoras, separadas por um material isolante. Ao ligar uma bateria com um capacitor descarregado, haverá uma distribuição de cargas e após um certo tempo as tensões na bateria e no capacitor serão as mesmas. E deixa de circular corrente elétrica. Se o capacitor for desconectado da bateria, as cargas elétricas acumuladas permanecem no capacitor e, portanto é mantida a diferença de potencial no capacitor.

1. O capacitor pode armazenar carga elétrica.

2. O capacitor se opõe a variação de tensão elétrica.

3. A capacidade que tem um capacitor para armazenar cargas depende da sua capacitância.

4.3.1 FILTRAGEM OU FILTRO

O tipo mais comum de filtro para circuitos retificadores é o filtro com capacitor. O capacitor é colocado em paralelo ao resistor de carga.

Para o entendimento do funcionamento do filtro supor o diodo como ideal e que, antes de ligar o circuito, o capacitor esteja descarregado. Ao ligar, durante o primeiro quarto de ciclo da tensão no secundário, o diodo está diretamente polarizado. Idealmente, ele funciona como uma chave fechada. Como o diodo conecta o enrolamento secundário ao capacitor, ele carrega até o valor da tensão de pico VP.

Logo após o pico positivo, o diodo pára de conduzir, o que significa uma chave aberta.

Isto devido ao fato de o capacitor ter uma tensão de pico VP. Como a tensão no secundário é ligeiramente menor que VP, o diodo fica reversamente polarizado e não conduz. Com o diodo aberto, o capacitor se descarrega por meio do resistor de carga. A idéia do filtro é a de que o tempo de descarga do capacitor seja muito maior que o período do sinal de entrada. Com isso, o capacitor perderá somente uma pequena parte de sua carga durante o tempo que o diodo estiver em corte. O diodo só voltará a conduzir no momento em que a tensão no secundário iniciar a subir e seja igual a tensão no capacitor. Ele conduzirá deste ponto até a tensão no secundário atingir o valor de pico VP. O intervalo de condução do diodo é chamado de ângulo de condução do diodo. Durante o ângulo de condução do diodo, o capacitor é carregado novamente até VP . Nos retificadores sem filtro cada diodo tem um ângulo de condução de 180°.

Figura 14.

A tensão na carga é agora uma tensão cc mais estável. A diferença para uma tensão cc pura é uma pequena ondulação (Ripple) causada pela carga e descarga do capacitor. Naturalmente, quanto menor a ondulação, melhor. Uma forma de reduzir a ondulação é aumentar a constantede tempo de descarga (R.C). Na prática é aumentar o valor do capacitor. Outra forma de reduzir a ondulação é optar pelo uso de um retificador de onda completa, no qual a freqüência de ondulação é o dobro do meia onda. Neste caso é carregado duas vezes a cada ciclo da tensão de entrada e descarrega-se só durante a metade do tempo de um meia onda.

4.3.2 RIPPLE

O Ripple é a componente alternada (vca) que ainda permanece na saída da fonte de corrente contínua (vcc), que são as oscilações no pico de uma tensão elétrica fornecida por uma fonte de corrente continua. Por exemplo, quando, no segundo semi-ciclo, a tensão retificada fica maior que a tensão no capacitor, os diodos D1 e D2 passam a conduzir carregando novamente o capacitor até o valor de pico, e assim sucessivamente, formando uma ondulação denominada RIPPLE. Dessa forma podemos observar que quanto maior o capacitor ou a resistência de carga, maior a constante de tempo e menor RIPPLE.

4.4 REGULADOR DE TENSÃO AJUSTÁVEL.

Os circuitos integrados reguladores de tensão de três terminais da série LM3XX ou kA3 XX fornecem uma excelente solução para o projeto de fontes até 3ª e tensão de saída ajustável de 0 até 24Vcc.

Figura 16: circ. Regulador com kA-317

O circuito da figura 16 ilustra o regulador de tensão KA-317 utilizando um potenciômetro para ajuste da tensão de saída.

4.5 Potenciômetro

O potenciômetro é um componente eletrônico que possui resistência elétrica ajustável. Geralmente , é um resistor de três terminais onde a conexão central é deslizante e manipulável. Pode-se extrair do terminal central uma tensão variando de 0 volts á tensão nominal da fonte ligada ao dispositivo. É utilizado também para controlar o nivel de sinal de corrente alternada, por exempo em um controle de volume. Pode ser fabricado com resistor de carbono, para sinais de baixa intensidade e com resistor de fio para altas correntes. No caso da fonte regulada e ajustável ele será ligado ao pino 2 do kA-317 ajustando através do divisor de tensão com R1 o nível de tensão neste pino e assim variando a tensão.

5. ATIVIDADES REALIZADAS NO ESTÁGIO

Verificacação do seletor de voltagem 110 ou 220V

Inspeção das caixas protetora da fonte , para que seja blindada para evitar interferências eletromagnéticas;

Analisar a corrente elétrica local antes de ligar um computador e verificar se a fonte está de acordo com a voltagem.

Conferir o consumo total dos componentes conectados a ela para instalar uma fonte com uma capacidade acima do necessário.

Verificar se a ventoinha está funcionando normalmente (não está enroscando) devido ao acúmulo de pó, o que irá causar superaquecimento.

Contrução de Manual de manutenção corretiva e preventiva de fontes Chaveadas

Controle de conformidade de uma possível manutenção, para desliguar o cabo de energia da fonte.

Instalação de tipo de fonte compatível com o modelo da placa-mãe.

6. CONCLUSÃO

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

MELLO, Hilton Andrade de; INTRATOR, Edmond. Dispositivos semicondutores,

3ª ed. Rio de Janeiro, Livros técnicos e Científicos, 1978.

SEDRA, A.S.; SMITH, K.C. Microeletrônica. 5ª Ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007.

Disponível em: <http://www.irf.com />. Acesso em: 12 Nov. 2013.

Disponível em: < http://www.fsc.ufsc.br/~canzian/fsc5508/artigos/led-cefet.pdf/>.Acesso em: 12 Nov. 2013.

Disponível em: <http://www.semiconductorsdevices.com/news/search.phptWord=KA317/>.Acesso em: 10 Out. 2013.

Disponível em: <http://www.national.com/ds/LM/LM117.pdf/>.Acesso em: 10 Out. 2013.

Disponível em: <http://www.casadotransformador.com.br/>. Acesso em: 2 Out. 2013.

Disponível em: <http://www.centelhas.com.br/biblioteca/diodos.pdf/>. Acesso em: 2 Out. 2013

8. ANEXOS

Figura : Transformador

Figura : Ponte Retificadora

Figura : CI LM317, regulador de tensão ajustável