FONTE DE ALIMENTAÇÃO 0-42V


Produzido em 09/04/2016 às 19:00
Publicado em 29/03/2020 às 17:00


Um projeto de mais de 30 anos que ainda hoje funciona perfeitamente.

INTRODUÇÃO

Leia o artigo por completo antes de comprar os componentes para iniciar a montagem.

Este projeto foi publicado pela revista Elektor em 1988, o projeto original foi alterado e modernizado conforme será mostrado a seguir.

As fontes para a bancada são ferramentas indispensáveis para o laboratório de Eletrônica. Tomando como referência os valores de 2016, estas ferramentas, quando de boa qualidade, tem um custo extremamente elevado, atualmente, uma fonte ajustável de 0 a 15 volts, 2 ampéres está saindo em média R$ 200,00. Já uma fonte ajustável de 0 a 30 volts, 3 ampéres, que é a mais interessante para o laboratório, está por volta de R$ 550,00, se a mesma fonte for de 5 ampéres, pode custar R$ 1550,00.

Estes custos são muito elevados para quem tem recursos limitados, como é o meu caso, e está montando seu laboratório ou oficina.

Então, tendo conhecimento em eletrônica (e usufruindo da máxima de que "O conhecimento é tudo!") nada melhor e mais econômico do que construir sua própria fonte de bancada.

Após estudar diversos circuitos de fontes e ver a opinião das pessoas em diversos fóruns, decidi que a que melhor atende às necessidades de um laboratório ou oficina, tanto em funcionalidade, quanto à facilidade de montagem, é um projeto publicado pela revista ELEKTOR n° 24 de julho de 1988, o projeto original garante uma tensão ajustável de 0 a 35 volts com 3 ampéres. O circuito sofreu algumas alterações para torná-lo mais simples e também para adaptá-lo aos componentes eletrônicos mais modernos do que os que existiam na época da publicação da revista, ao final do projeto consegui obter 42,9 volts com 3 ampéres.

Material:

Obs.: A publicação original da revista traz a lista componentes com erros. Abaixo estão listados todos os componentes corretos utilizados na fonte.

Resistores:

- R1, R3, R6, R8, R12, R13, R14: 4,7 KΩ
- R2: 22 Ω
- R4 e R16: Tentativa e erro, ler o texto.
- R5: 10 KΩ
- R7, R10: 1 KΩ
- R9: 2,2 KΩ
- R11: 470 Ω/ 1W
- R15: 15 KΩ
- R17: 10 Ω/ 1W
- R18, R19, R20, R21: 0,22 Ω/ 3W
- R22: 4,7 KΩ/ 1W
- R23, R24: 47 Ω
- R25: 5,6 KΩ
- R26: 270 KΩ

Potenciômetros:

- P1: 50 KΩ
- P2: 1 KΩ Trim-Pot
- P3: 2,5 KΩ
- P4: 250 KΩ

Capacitores:

- C1, C2: 1000 uF / 25V
- C3: 100 uF / 10V
- C4: 100 pF
- C5: 10 uF / 25V
- C6: 1 nF
- C7: 100 pF
- C8: 56 pF
- C9: 47 uF / 63V
- C10: 4700 uF / 63V
- C11: 820 nF
- C12: 100 nF
- C13: 1000 uF / 50V

Pontes retificadoras:

- B1: 40V, 1A (ou 4 diodos para montar a ponte)
- B2: 80V, 5A (ou 4 diodos para montar a ponte)

Diodos:

- D1 e D8: 1N4001
- D2 a D5: 1N4148
- D6: Zener 3,3V/400mW
- D7: Led vermelho
- D9 a D12: 1N4007

Transístores:

- T1: BC 559C
- T2: BD 241
- T3, T4, T5: 2N3055

Circuitos integrados:

- CI1: 723
- CI2, CI3: 741

Transformadores:

- Tr 1: 12+12V, 400mA
- Tr 2: 33V, 4A
- Tr 3: 6+6V, 500mA

Diversos:

- Fios para ligações
- Dissipador (deve-se escolher um dissipador grande com boa capacidade de dissipação, que acomode os 3x2n3055 e o BD 241, para este último você pode furar o dissipador e acopla-lo, para ou outros, normalmente já são vendidos dissipadores adequados para eles)
- 2 knobs
- Medidor digital de corrente e tensão com resistor shunt (indispensável)
- Interruptor (sugiro de alavanca)
- Chave comutadora para 110V e 220V (se tiver interesse em montar uma fonte bivolt)
- Bornes para saída
- Placa cobreada para confecção da PCI
- Kit de confecção de PCI (Isso vai variar com seu processo de confecção, os mais simples usa o kit de Percloreto de ferro, caneta para retroprojetor, régua, etc)
- Parafusos, porcas, arruelas diversos para fixação dos componentes
- Caixa metálica
- Cabo para ligar à tomada

Despesas:


PRODUTO / SERVIÇO

PREÇO

Transformador Tr 1, 33v, 4A (foi preciso mandar fazer, saiu pouco caro, mas ficou pronto em uma hora. Em outra lojas o prazo era do dia seguinte até a próxima semana.)

R$ 140,00

Transformador Tr 2, 12+12V, 500mA

R$ 17,70

Ponte Retificadora KBPC606 (50 A 100 Volts, 6A)

R$ 1,20

Ponte Retificadora W10M (50 a 1000V / 1,5A)

R$ 0,70

20 Resistores 1/4W

R$ 0,05, Total: 1,00

3 Resistores 0,22Ω / 3w

R$ 1,00; total: 3,00

Diodo Zener 3,3V / 400mW

R$ 0,15

Transístor BD 241

R$ 2,00

2 Capacitores 1000uF, 25V

R$ 1,20 cada, total R$ 2,40

Capacitor 820nF

Cortesia

Capacitor 47uF / 63V

R$ 0,30

Potenciômetro 1K

R$ 2,40

Trim-Pot 10K

R$ 1,50

Caixa metálica

R$ 36,00

Total

R$ 208,05


Obs.: O demais componentes foram obtidos de sucata (ex: dissipadores) ou já tinha no meu estoque (ex: Knobs).

Se você tiver espaço, recomendo guardar placas de equipamentos velhos, componentes e itens diversos, nesses momentos, tais materiais podem garantir uma grande economia, os dissipadores por exemplo não sairiam por menos de R$ 100,00.

OBSERVAÇÕES IMPORTANTES SOBRE OS MATERIAIS (leia antes de adquirir os materiais):

- Os componentes R21, R25, R26, P3 e P4, podem ser descartados caso você opte por montar uma fonte com medidores digitais, caso queira manter o projeto original com medidores analógicos, você deverá mantê-los.

- O transformador Tr 3, diodos D9 a D12 e o Capacitor C13 eletrolítico de 1000 uF / 50V não pertencem ao projeto original da fonte, foram adicionados pois serão os componentes da fonte de alimentação de 12 volts, do medidor digital voltímetro/amperímetro. Caso opte por utilizar os medidores analógicos, eles poderão ser descartados do projeto.

Todos os materiais foram adquiridos em 3 lojas de componentes e uma loja de transformadores, todas na rua Santa Ifigênia em São Paulo. Uma das lojas de componentes é a maior e mais cara da região, porém era onde havia a maior probabilidade de encontrar quase todos os componentes em menos tempo. Se tiver tempo para procurar e muita paciência, você poderá encontrar os componentes por um preço bem mais baixo. Uma dica são lojas que trabalham com componentes reciclados, mas tome cuidado para não adquirir componentes danificados.

Outra possibilidade é adquirir os componentes de lojas virtuais, a vantagem é que você pode adquirir quase todos os componentes em uma única loja, que enviará em um mesmo frete. O preço varia muito, é interessante pesquisar entre as lojas virtuais. As desvantagem deste processo de aquisição é a demora para os componentes chegarem. Lembre-se considerar o custo total dos componentes somado ao preço do frete, e que caso não haja todos os componentes em uma loja virtual, você pode precisar comprar em outra loja, pagando mais de um frete. Dependendo de onde você mora, comprar em lojas físicas pode compensar mais. A ideia é economizar, se for pra gastar dinheiro, então é melhor comprar uma fonte pronta.

Sempre que for adquirir materiais em lojas de componentes eletrônicos fique muito atento, no caso deste projeto, o vendedor me trouxe a ponte retificadora W10M (50 a 1000V/1,5A) que não está na faixa de trabalho que eu pedi, que era de 40V/1A, além de ser mais cara, o vendendor não perguntou se meu circuito aceitaria tal alteração. Pequenas alterações como esta podem resultar no fracasso do seu projeto.

Quando o vendedor oferecer produto, segundo ele... "similar" ou "equivalente", como foi o caso citado anteriormente, não aceite este tipo de coisa, ou você compra o componente correto com os valores exatos ou procura em outra loja, ao menos que você tenha certeza que pode haver a substituição sem prejudicar o projeto. Com experiência de 18 anos em eletrônica, posso afirmar que 90% das vezes não pode e você sairá no prejuízo.

PROJETO

Construção:

A imagem a seguir refere-se ao lado cobreado original publicado pela revista:


A imagem a seguir traz o lado dos componentes, também conforme o original publicado pela revista:


A imagem a seguir apresenta o diagrama de ligações entre os componentes, também conforme publicação original:


Até o momento nenhuma novidade para qualquer pessoa que tenha o entendimento básico em eletrônica. Porém, como foi dito na introdução, o circuito sofreu algumas alterações para torná-lo mais simples e também para adaptá-lo aos componentes mais modernos do que os que existiam na época da publicação da revista.

Primeira modificação

Eliminação do circuito de medição analógica da fonte:

Caso opte por usar voltímetro e amperímetro digital, você pode eliminar o circuito dos medidores analógicos, para isso você pode remover os componentes R25, P3, M1 (amperímetro analógico), M2 (voltímetro analógico) P4 e R26. O resistor R21 também pode ser eliminado pois ele funciona como resistor shunt do amperímetro analógico, não causando prejuízo ao circuito caso seja removido.

Na imagem a seguir o circuito do medidor analógico está destacado:


Segunda modificação

Inclusão do circuito de uma fonte de 12V / 500mA para alimentar o medidor de tensão/corrente:

Verifiquei se havia a possibilidade de "pegar carona" na alimentação de 12V do sistema da fonte para alimentar o medidor de tensão/corrente sem que isso causasse algum prejuízo para o circuito da fonte. Após alguns testes na protoboard conclui que isso era inviável pois causava diversos desequilíbrios no sistema, então, infelizmente, há a necessidade de ter uma fonte auxiliar para alimentar o medidor digital.

A imagem a seguir refere-se ao diagrama esquemático de uma fonte para o aparelho de medição:
Esta fonte é composta por um circuito muito simples contendo um tranformador 110/220V para 6+6v / 500mA, um capacitor eletrolítico de 1000uF/50V e um ponte retificadora composta por 4 diodos 1N4007.

Terceira modificação

Remoção do reforçador de tensão:

Há um sistema incluso no projeto original que serve como reforçador de tensão para o caso de estarmos utilizando cabos longos. Nesta situação haver uma queda de tensão e os bornes Us+ e Us- servem como reforçadores, como eu vou utilizar esta fonte apenas em minha bancada, não há necessidade deste tipo de sistema, então eu também o retirei do meu projeto.

A imagem a seguir refere-se ao diagrama esquemático já com as modificações citadas acima, com excessão da fonte de alimentação dos medidores:



A placa de circuito impresso foi alterada, conforme mostrado no layout abaixo, que se refere ao lado cobreado da placa, para comportar os componentes mais modernos e compactos do que os que existiam na época da publicação do projeto (pontes retificadoras, capacitores e medidores externos ao circuito).


Na imagem a seguir, vemos o posicionamento dos componentes na placa com layout alterado:


Os demais componentes seguem montados conforme o projeto original.

Furos na caixa

Caixas metálicas devem ser usadas para acomodar o circuito. Como há aquecimento, as caixas plásticas podem ser danificadas e causar incêndio. Para esse projeto é necessário uma caixa de pelo menos 15cm de largura x 20cm comprimento x 12cm de altura. Ao escolher a caixa, tome sempre como referência importante o espaço para acomodar os transformadores (em relação à altura). Os dissipadores devem sempre ficar do lado de fora para melhorar a troca de calor com o ar, assim você também economiza espaço dentro da caixa.

Você precisará fazer furos para entrada do cabo de alimentação, fixar os transformadores, fixar a PCI, fixar o dissipador, passar as ligações dos transistores, passar os plugs fêmeas para ligação do equipamento alimentado, colocar os knobs, colocar o medidor e colocar o led.

Apesar de furar ser relativamente simples usando brocas para metal, cortar a caixa pode ser bastante chato caso não tenha uma microretífica de qualidade. Um erro é o suficiente para estragar a caixa, que normalmente não é barata, e a estética do seu equipamento, por isso deve-se tomar o máximo de cuidado.

Para cortar eu primeiramente risquei com um lápis nas medidas necessárias para passar os componetes, depois, com uma furadeira e broca para metal fina, fui furando dentro dos contornos feitos até ter furos suficientes para retirar os pedaços. Posteriormente lixei as rebarbas, para isso você pode usar uma lima manual. Tendo uma microretífica boa, todo este trabalho se torna mais simples.

Modificações realizadas após a montagem

Os únicos problemas encontrados após a construção do projeto foi um CI 741 queimado, que foi facilmente resolvido.

Após isso, o ajuste do sistema de proteção da fonte e limitação de corrente foi algo que deu um pouco de dor de cabeça.

O funcionamento previsto para o sistema de proteção é basicamente o seguinte: Quando ligarmos qualquer equipamento à fonte que puxe mais corrente do que a ajustada, o Led irá acender, alertando o operador a reajustar o equipamento e evitar danos à fonte, o mesmo irá acontecer quando os terminais da fonte entrarem em curto.

A corrente máxima permitida é regulada pelo resistor R16, quanto maior o valor do resistor, maior será o giro no sentido horário no potenciômetro de ajuste da corrente (1K) e menor será o valor da corrente máxima que irá acionar o led, porém isso é por tentativa e erro e para cada projeto este valor irá variar, aqui eu quis deixar o valor máximo da corrente (3A) exatamente no limite máximo do potenciômetro (girando no sentido horário), porém no meio do giro do potenciômetro, o led já estava aceso (a cerca de 5A superaquecendo os transistores 2N3055), neste caso, estava utilizando R6 com valor de 1 MOhm. Para resolver o problema eu liguei um resistor de 1K entre os terminais do potenciômetro, com isso, o potenciômetro, em seu limite máximo (no sentido horário) estava ajustado para 3A, então quando a fonte fornecer 3A, com o potenciômetro da corrente em seu limite máximo girando no sentido horário (corrente máxima), o led irá acender, o mesmo acontecerá quando ela entrar em curto circuito.

Obs.: O potenciômetro de 1K não está com defeito, ele foi retirado da posição e medido com o multímetro, estando normal.

A imagem a seguir mostra o diagrama de ligações final:

Por questão estética, o R24 apenas mudou de posição, ele não foi removido do circuito.

CONCLUSÕES

Uma possível adaptação futura pode ser a montagem de um cooler sobre o dissipador, puxando energia da fonte de 12v do medidor, tendo em vista que dependendo do trabalho que a fonte é submetida, os transistores aquecem bastante. Nos meus primeiros testes queimei um transistor 2N3055.

Essa fonte mostrou ser bastante eficiente para trabalhos pequenos e rotineiros (ótima para quem trabalha com assistência de equipamentos eletrônicos). Porém mostrou não ser capaz de ser submetida a grandes esforços de trabalho, como processos eletrolíticos.

ESTE ARTIGO ABORDA ADAPTAÇÕES NO PROJETO PUBLICADO NA REVISTA ELEKTOR N° 24 DE JULHO DE 1988. TODO O PROJETO ORIGINAL É DE TOTAL CRÉDITO DOS SEUS AUTORES, CONFORME CITADO NA BIBLIOGRAFIA.


BIBLIOGRAFIA:

- Revista Elektor n° 24 - julho de 1988.