Projeto de Eletrônica Analógica e Digital

PROJETO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA E DIGITAL I – PROJETO DE FONTE LINEAR AJUSTÁVEL

Nome: Andressa Amaral Cunha

        Evandro Guimarães

Prof: Thiago Ribeiro de Oliveira                        Data: 13/10/2016

1. Objetivos:

Com uso dos componentes de circuitos aprendidos até aqui (amplificadores, diodos, transistores), a proposta deste primeiro projeto é de criar uma fonte linear de valores ajustáveis e que atenda a certas padronizações (descritos a seguir na Introdução).

1. Introdução:

A proposta de se implementar uma fonte linear é produzir uma tensão contínua a partir de um sinal alternado, que possa alimentar equipamentos e componentes eletrônicos conforme suas especificações e necessidades. O regulador linear ajustável é assim chamado pois recebe a tensão alternada fornecida pela rede elétrica e é capaz de aumenta-la ou reduzi-la. Para que isso aconteça deve passar por um circuito retificador, que garanta o uso somente dos ciclos positivos ou negativos do sinal, e por um filtro capaz de reduzir o ripple da rede. Por fim, implementa-se um regulador para a tensão, e no caso específico deste projeto deve haver um protetor contra curtos.

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Figura 1 – Diagrama da fonte linear ajustável

Ressalta-se ainda que este projeto deve atender a certas especificações definidas pelo professor:

• Apresentar duas saídas simétricas com valores que podem variar de 0 a 15 V (no caso da saída negativa, de 0 a -15 V);
• As saídas da fonte, além das saídas de linha e de carga, podem apresentar ripple máximo de 1%;
• A corrente de saída tem um valor máximo de 2A para qualquer carga utilizada;
• O ajuste da saída deve ser feio por uso de um potenciômetro único;

A seguir, estão descritos os passos e decisões tomados para implementar a fonte, bem como memória de cálculos e resultados obtidos.

1. Desenvolvimento:

PARTE I – RETIFICADOR E FILTRO

O primeiro passo para construir um sistema de tensão regulada é definir o circuito retificador, que receberá o sinal de uma fonte alternada com 180 V e 60 Hz de frequência. Um cálculo importante para definir os componentes desse circuito é ter a relação de espiras do indutor presente no transformador. Isso pode ser feito pela relação descrita a seguir

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Com o valor de L1 definido como 0,5 H e a tensão V2 necessária de aproximadamente 25,7 V é possível calcular L2 e a razão.

 

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Para essa estrutura ainda é necessário definir os valores de capacitância dos capacitores eletrolíticos presentes no circuito retificador com ponte, que funcionam como filtro do sistema. O valor de Io suportado deve ser aproximadamente 2 A. Além disso, os valores da frequência e da tensão de ripple também são conhecidas. Este último elemento, no entanto, deve ter um valor muito maior do que o calculado, para garantir a correta regulação de linha.

1% do ripple – 0,15 V * 25 (quantidade de vezes maior) = 3,75

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Ao testar estes valores no circuito e em busca de um valor comercial para uso, a capacitância C foi definida como sendo de 4700 uF. O diodo escolhido para compor o sistema foi o ......., cuja especificação deve suportar uma corrente de até 3 A. A montagem desta parte está representada na Figura 2.

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Figura 2. Circuito retificador

Figura 3. Saídas +Vcc e -Vcc[pic 12]

Os valores que serão utilizados no circuito de regulador de tensão seguinte são definidos nos nós +Vcc e –Vcc.

PARTE II –REGULADOR DE TENSÃO

O circuito a seguir deve ser responsável por regular a tensão obtida e modelada no retificador. Para se obter o Vref que será modificado, o Vcc passa por um circuito composto por um Zener e um potenciômetro (um exemplo de regulador shunt).

Figura 4. Obtenção de Vref[pic 13]

O Zener é responsável por produzir esse valor de referência, e o potenciômetro (aqui fixado como sendo de 10 kΩ) determina a quantidade da tensão a ser regulada. O cálculo do resistor R1 foi feito com base no Zener escolhido (Iz = 5,6 mA Vz = 6,2 V), e a relação se encontra abaixo:

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Nesse caso, o valor de Vref é fixado como aproximadamente 6,2 V. A partir desse ponto, a rede pode produzir um valor de tensão positivo ou negativo, conforme requisitado.

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Figura 4. Tensão em Vref

• Positivo: O Vref é direcionado a um amplificador operacional inversor, cuja saída está associada a um transistor TBJ.

Inicialmente, é interessante comentar sobre a alimentação do amplificador TL071. Sua corrente suportada é de 20 mA e a tensão de alimentação máxima deve estar na faixa 30 - 36 V. Caso a alimentação seja feita com as tensões +Vcc e –Vcc, o módulo da soma dessas duas referências irá exceder o potencial suportado. Para contornar esse problema, um circuito auxiliar foi produzido (Figura x) com a finalidade de reduzir uma das tensões.

Esse componente auxiliar funciona também como um regulador, composto por um Zener, um resistor, um capacitor de 10 uF e um transistor. A regulação é feita de modo a retornar uma tensão de aproximadamente -9V. A escolha do resistor foi baseada no cálculo:

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O que traz um resistor de R = 825 Ω para valores reais. O Zener e o transistor (PNP) foram projetados para suportar a corrente definida.

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Figura 5. Circuito auxiliar para alimentar o Ampop

Tendo o amplificador devidamente alimentado, é necessário discutir agora sobre os resistores da configuração não inversora e o transistor associado. O valor da resistência foi definido segundo a relação fornecida pelo amplificador não inversor: