Projeto de uma fonte de tensão ajustáve de 3V a 12V com corrente máxima 100mA.
Realizado para a disciplina de Eletrônica para Computação (SSC-0180) ministrado por Eduardo do Vale Simões.
O projeto começa pela definição dos componentes necessários para a construção do circuito. Nesse caso, podemos dividir o circuito em quatro partes principais: transformação, retificação, filtragem e regulagem da tensão.
Ao longo do projeto, diversos componentes foram alterados para melhor cumprir os resultados necessários, desse modo, as decisões não seguem necessariamente a ordem aqui estabelecida.
Dado que temos como tensão de entrada 127V RMS, precisaremos transformar essa tensão para um valor mais próximo ao nosso destino, para isso podemos utilizar um transformador 127V/15V. Esse transformador nos proverar tensões de pico de aproximadamente 21,1V. Esse transformador foi escolhido pois apresentava margem suficiente para as perdas que teremos mais a frente.
Agora que temos uma tensão mais próxima ao nosso destino, precisamos converter a corrente alternada para corrente contínua. Para isso, utilizaremos uma ponte de diodos. Pelo uso da ponte de diodos no lugar de um retificador full-wave (que foi impossibilitado pelo transformador a ser utilizado), teremos uma queda de tensão correspondente a de dois diodos, ou seja, 1,4V.
A fim de suavizar as oscilações de tensão após a retificação, precisaremos de realizar a filtragem. Para isso, podemos utilizar um capacitor que apresente capacitância suficiente para suportar a carga do circuito durante os períodos de queda na tensão. Quanto maior a capacidade do nosso capacitor, menor será o ripple, no caso, um ripple de no máximo 10% irá suprir com folga o circuito, já que, idealmente, ele não precisaria de mais de 14V, estando bem estável na faixa dos 16V. Além disso, dadas as estimativas de consumo que teremos (82,6 mA @ 19V), podemos calcular a resistência do circuito como, aproximadamente, 230 Ohms.
Calculando o capacitor mínimo para manter o ripple para até 14V dada resistência do circuito como 167 Ohms, teremos que ter, pelo menos, 344uF.
Sabendo que precisaremos de, no mínimo, 344uF, podemos obter um capacitor de 470uF para suportar a nossa carga, que irá nos dar um espaço ainda maior para carga e oscilações na entrada.
Nesse ponto, temos uma tensão estável de entre 19V e 17V. Agora precisamos regulá-la para os valores desejados: de 3V a 12V suportando uma carga de até
Aqui, precisamos nos atentar a alguns pontos: primeiro, é importante que limitemos a corrente que chegará no sub-circuito que controlará o gate, a fim de evitar uma sobrecarga no zener. Para isso, podemos utilizar um resistor de 1k Ohms. Outro ponto importante é se atentar ao potencial de amplificação e as perdas que teremos no transistor. No caso, para conseguir a corrente necessária na saída com a corrente que teremos na saída do potenciômetro, precisaremos de dois transistores formando um par de Darlington, no caso, utilizaremos um pacote já com o par, o TIP120. No caso do potenciômetro, um de 10k Ohms seguido de dois resistores de 2.2k Ohms (aproximação para resistores comercialmente disponíveis), irá nos prover a corrente necessária para controlar os transistores sob a carga máxima no circuito, nos dando tensões a partir de 3V indo até 12,6V (por conta da queda de tensão nos dois transistores).
Estipulando os consumos teremos:
| Parte | Corrente máx. @19V |
|---|---|
| Zener e Potentciômetro | 19 mA |
| Perda nos Transistores | 0,5 mA |
| Carga Máxima | 63,1 mA |
| Total | 82,6 mA |
| Componente | Quantidade | Preço Un. |
|---|---|---|
| Transformador 127V/15V 500mA | 1 | R$27,99 |
| Diodo 1N4007 | 4 | R$0,14 |
| Capacitor Eletrolítico 470uF 50V | 1 | R$1,06 |
| Potenciômetro 10K Logarítmico | 1 | R$1,91 |
| Diodo Zener 14V 5W | 1 | R$1,07 |
| Transistor TIP120 | 1 | R$1,83 |
| Resistor 2K2 1/4W | 2 | R$0,13 |
| Resistor 1K 1W | 1 | R$0,18 |
Segue a simulação do circuito no falstad: link
Ambos diagramas do esquemático e da PCB foram feitos no EAGLE e estão disponíveis aqui no repositório.
No caso dos conectores utilizados na PCB, temos dois MTA02-100, um para entrada, outro para saída, sendo escolhido pelo baixo custo e apresentar capacidade dentro dos limites do circuito.
Não tão breve descrição do circuito e decisões que o cercaram