Fonte simétrica ajustável com proteção

Fonte de alimentação simétrica ajustável
Elias Bernabé Turchiello
Técnico responsável
Este manual se destina unicamente a orientar o montador interessado neste projeto, portanto não
se encontram neste manual: detalhes de gabinete, layout de placas de circuito impresso, cabos de ligações,
aparência final do produto, cor, forma, tamanho, etc., ficando estes detalhes por conta do montador.
Acredito que o interessado neste projeto tenha conhecimentos suficientes em eletrônica a ponto de saber
identificar: resistores, capacitores, transistores, reles, diodos etc. além de saber interpretar o circuito
elétrico. Para obter maiores informações favor entrar em contato pelo e-mail: [email protected]
Versátil
Nas linhas que seguem a baixo descrevemos apenas as características e detalhes do funcionamento
geral deste circuito. Não entraremos em detalhes de montagem, pois se trata de um circuito elaborado e de
certo modo um pouco complexo, exigindo do montador um pouco de conhecimento, principalmente sobre
os componentes utilizados, e uma boa dose de experiência. A aqueles que se aventurarem na montagem, no
final de tudo, terão em suas mãos um excelente equipamento para a sua bancada, dado pela utilidade,
praticidade e versatilidade do circuito aqui apresentado. Então mãos a obra, muita atenção, pouca presa e
muita paciência e lembre-se: o seu futuro depende do seu conhecimento e de seus atos. Boa montagem!
Esta fonte se destina a atender as necessidades de profissionais que trabalham na reparação de
equipamento eletrônicos em geral ou estudantes hobistas que necessitam em sua bancada de trabalho uma
fonte de alimentação que se adapte a alimentar os mais diversos tipos de circuitos que se pode imaginar,
alem de versatilidade de poder alimentar dois circuito completamente diferentes com tensões e corrente
diferentes em cada um de uma forma totalmente independente (são duas fontes em uma só)
É fácil de manusear cada saída possui um controle ajustável da tensão em qualquer valor entre 0,3V
a 16,1V com proteção contra curtos circuitos na sida ou excesso de corrente, qualquer erro, a fonte desliga
completamente. Possui um sistema de chave liga desliga formado por um rele acionado por uma microchave de toque, um toque liga outro desliga. Da mesma forma funciona o circuito que transforma as duas
saídas em uma fonte simétrica com tensões ajustáveis.
Esta fonte também possibilita realizar testes de funcionamento de controles remotos que funcionam
por emissão de infravermelho, basta apontar o controle para o sensor infravermelho da fonte e ir
pressionando os botões do controle, um de cada vês, se o controle estiver emitindo o sinal, na fonte um
LED passara a piscar indicando que o controle esta funcionando.
Outro recurso importante que esta fonte possui é o que possibilita fazer testes nos circuitos de
campainha de qualquer telefone comum ou sem fio alem de aparelhos de fax e secretárias eletrônicas com
o simples toque em um botão sensor.
Descrição geral
Esta fonte de alimentação é provida de duas saídas totalmente independentes uma da outra, as quais
podem ser ligadas em serie ou em paralelo e também podem formar uma fonte simétrica. As duas saídas
possuem proteção contra curtos circuitos ou excesso de corrente. Também possui um sistema de
refrigeração automático que entra em funcionamento toda vez que as correntes de qualquer uma das saídas
ultrapassarem um certo valor pré-determinado. Possui um sistema de chave liga desliga com micro-chave
de toque e rele no qual atua o sistema de proteção, desligando a fonte, toda vez que algo de errado ocorrer
com as saídas. Também está incorporado um circuito para transformar as duas saídas em uma fonte
simétrica através do simples toque em uma pequena micro-chave, outro circuito para realizar testes em
aparelhos de controle remoto e mais outro para testar a campainha de qualquer telefone comum, sem fio,
aparelho de fax ou secretária eletrônica.
Descrição de funcionamento
Chave liga desliga
Ao ligarmos o plug AC na tomada, a corrente passara pelo fusível de proteção circulara pelo
enrolamento primário do transformador mas não o alimentara pois o rele principal esta aberto. Em paralelo
com os pinos do rele principal que fazem a função de chave temos um triac, o qual é responsável pela
partida inicial da fonte. Quando a fonte esta em standby (rele principal aberto) surge neste triac uma tensão
igual a tensão da rede elétrica em que a fonte esta ligada, esta tensão passa por um resistor e então é
aplicada a uma ponte retificadora será filtrada por um capacitor e alimenta um circuito multivibrador
astável que faz um LED ficar piscando no painel da fonte indicando que ela esta em standby; quando a
fonte ligar os pinos do rele principal que antes estavam abertos agora se fecham e então não existira mais
corrente para alimentar o multivibrador e o LED que estava piscando no painel da fonte agora ficara aceso
continuamente pois recebera uma alimentação vinda do secundário do transformador principal da fonte .
Este multivibrador é composto por dois transistores NPN com um LED no coletor de cada um e um
resistor de polarização em cada base, mesmo os transistores sendo iguais, mesmo tipo, modelo e fabricante
existem pequenas diferenças que fazem com que um conduza primeiro que o outro. Os dois capacitores
eletrolíticos que fazem a ligação da base de um transistor com o coletor do outro, são os responsáveis pelo
funcionamento deste circuito, eles obrigam um transistor a entrar em corte enquanto o outro vai a saturação
e vice versa; isso ocorre continuamente enquanto o circuito estiver sendo alimentado. Um dos LEDs fica
no painel da fonte como indicador de ligado ou desligado e o outro no interior da fonte sem que seja visto
externamente.
No momento em que a micro-chave ON/OFF for pressionada o triac é levado a condução fazendo o
transformador ser alimentado diretamente pela rede elétrica, neste momento passam a surgir as tensões de
20V e 6V nos secundários do transformador. Uma pequena parcela da corrente de um dos enrolamentos de
20V é retificada filtrada e utilizada para alimentar, através de um transistor já devidamente polarizado
para estar saturado , o rele principal que antes estava com seus contatos abertos, este fechara os seus
contatos e manterá a fonte ligada após a micro-chave ser liberada.
Também nesse momento entra em acionamento um circuito de retardo que atrasara em alguns
segundos o acionamento do segundo rele, (rele de auxilio); este retardo é necessário para que o triac
conduza um determinado tempo o suficiente para que os contatos do rele principal sejam fechados, pois a
velocidade de comutação de um estado para outro de um rele é muito lenta se comparada a velocidade de
um triac. O circuito de retardo é formado por um capacitor eletrolítico e um resistor que controlam a
polarização de um transistor. No momento em que a fonte liga, quando surgem as tensões no secundário do
transformador principal , o capacitor eletrolítico começa a se carregar através do resistor. Quando este
capacitor atinge um determinado nível de carga o transistor que controla a alimentação do rele auxiliar
começa a conduzir até o ponto de saturação. Neste momento o rele auxiliar é acionado fazendo a
comutação da chave liga desliga do circuito ON para o circuito OFF.
Este rele auxiliar faz a comunicação da micro-chave liga/desliga do circuito ON para o circuito OFF
e vice versa, quando a fonte esta em standby este rele de auxilio comunica a micro-chave ON/OFF entre o
gate e o pino 2 do triac de partida para que ao ser pressionada o triac dispare e a fonte ligue; quando a fonte
esta ligada este rele de auxilio faz a comunicação da micro-chave ON/OFF entre a base e o terra da
alimentação do transistor que controla a alimentação do rele principal, quando a micro-chave for
pressionada este transistor tem a sua base aterrada o que o leva ao corte fazendo assim o rele principal
desligar e junto com ele a fonte toda.
Quando a fonte esta ligada o enrolamento secundário de 6V do transformador é utilizado para fazer
com que o LED que antes estava piscando indicando que a fonte estava em standby agora fique
continuamente aceso indicando que a fonte esta ligada. A corrente é retirada do secundário de 6V do
transformador e introduzida no primário de um outro transformador especial, o qual é responsável em
assegurar o isolamento elétrico entre o primário e o secundário da fonte. No secundário deste
transformador a corrente é retificada filtrada e aplicada diretamente no LED que antes estava piscando.
Este transformador especial pode ser aproveitado de aparelhos de telefone sem fio fora de uso, é o
transformador responsável pelo isolamento da linha telefônica e o circuito de campainha.
No primário do transformador principal foi acoplada uma tomada de tensão que funciona sempre de
modo inverso a tensão da rede de entrada, se na rede de entrada temos 220V então nesta toada teremos
110V, mas se na rede de entrada temos 110V então nesta tomada teremos 220V . A potencia disponível
nesta tomada não é muito grande não ultrapassando os 100W servindo apenas para alimentar aparelhos de
baixo consumo.
Esta fonte foi projetada para trabalhar com perfeição em 220V . Mas se for ligada em redes de 110V
funcionara sem problemas, porem o LED de standby não ira piscar quando a fonte estiver desligada; pois o
resistor limitador de corrente de 39K por 5W que limita a corrente do multivibrador astavel esta
dimensionado para redes de 220V . Se a fonte for utilizada em redes de 110V deve-se redimensionar este
resistor para 22K
desligada.
por 5W para que o LED standby pisque adequadamente quando a fonte estiver
Etapa retificação, controle, saída e monitoração.
O transformador principal possui dois enrolamentos de 20v 5A cada e um enrolamento de 6v 1A .
Cada enrolamento de 20V 5A possui uma etapa de retificação, controle, saída e monitoração totalmente
independente. O enrolamento de 6V é utilizado para alimentar o circuito de teste de campainha de telefone
e o LED que indica quando a fonte esta ligada ou desligada.
Em cada enrolamento de 20V 5A: a corrente passa por uma ponte retificadora é filtrada por um
capacitor eletrolítico de alta capacitância (6800µF) e um de baixa (100nF). Após esta primeira etapa a
corrente já retificada e filtrada segue por dois caminhos diferentes que são:
1º segue direto aos coletores dos transistores reguladores de saída que fazem o controle da tensão de
saída com referencia a um sinal de ajuste que recebem em suas bases.
2º segue ao pino 3 do circuito integrado LM 317 que ira produzir o sinal de ajuste que é injetado nas
bases dos transistores de saída.
Fazem parte do circuito que gera o sinal de ajuste: o circuito integrado LM 317, o potenciômetro de
5K, resistor de 390R e o capacitor eletrolítico de 10µF. Girando-se o potenciômetro se obtém um ajuste da
tensão que sai do pino 2 do LM 317, com o potenciômetro girado para o lado do integrado a tensão de
saída do LM 317 é de 1,25V e girado para o lado do terra a saída do LM 317 é de 17V; dessa forma se
obtém qualquer tensão de saída simplesmente girando-se um potenciômetro.
O sinal de ajuste gerado pelo LM 317 sai pelo pino 2 e passa por dois diodos 1N 4007 ligados em
serie e após é aplicado nas bases dos transistores de saída. É esse sinal que vai dizer aos transistores de
saída o quanto eles devem conduzir para que a tensão na saída da fonte seja de X volts conforme o ajuste
no potenciômetro de 5K. Os dois diodos em serie entre a saída do LM 317 e as bases dos transistores são
necessário para fazer a tensão da saída da fonte chegar o mais próximo possível de 0V quando o
potenciômetro de 5K esta girado para o lado do integrado; lembre-se de que neste ponto a saída do LM 317
é de 1,25V e não 0V como se deseja, e que diodos retificadores comuns quando conduzem provocam uma
queda de tensão em seus terminais de aproximadamente 0,6V. Então com dois diodos em serie provocando
uma queda de tensão de aproximadamente 1,2V entre a saída do LM 317 e as bases dos transistores
teremos na saída da fonte um valor de tensão muito próximo de 0V quando o ajuste do potenciômetro
estiver para o lado do integrado.
Os emissores dos transistores de saída são: a saída propriamente dita da fonte. Em cada emissor é
colocado um resistor de 0,9R por 2W. Esses resistores ajudam a corrente a se distribuir melhor entre os
dois transistores de saída de forma que ambos conduzam partes iguais da corrente que circula pela saída,
pois estes transistores estão ligados em paralelo entre si..
Após os resistores de emissor temos um capacitor eletrolítico, um capacitor de poliéster e um resistor
de 1K que fazem: o desacoplamento da saída da fonte (capacitores) e uma carga constante na saída da
fonte de modo a melhorar a leitura da tensão de saída.
Em cada saída da fonte temos um voltímetro que serve para identificar qual a tensão que cada saída
esta ajustada e também monitorar a tensão de cada saída durante a alimentação de um circuito qualquer.
Tudo o que foi descrito a cima se aplica às duas saídas, mas de forma independente uma da outra, ou
seja, não existe nenhuma ligação elétrica entre uma saída e outra, elas são completamente isoladas uma da
outra (desde que o modo de simetria não esteja acionado). Isso torna possível alimentar com esta fonte dois
aparelhos distintos com tensões e correntes diferentes sem que um tenha contato elétrico com o outro.
Se por algum motivo necessitamos de uma tensão maior que os 20v fornecidos por cada saída para
alimentar um equipamento qualquer, podermos ligar as duas saídas em serie e termos então uma fonte com
tensões que vão de próximo de 0V a 40V. Observe que a corrente nesse caso continua sendo 5A Essa
ligação pode ser feita tanto nas pontas de prova da fonte, ou acionando o nodo de simetria da fonte. Para
utilizar as saídas em serie as pontas de prova a serem utilizados serão: a ponta de GND da saída 1 e
aponta de +B da saída 2. As pontas +B da saída 1 e GND da saída 2 não são utilizadas.
Por outro lado se algum equipamento necessitar de uma corrente superior a 5A que é a corrente
máxima por saída , poderemos ligar as duas saídas em paralelo e obtermos assim uma fonte de
aproximadamente 0V a 20V com 10A . Essa ligação deve ser feita nas pontas de prova da fonte e o
modo de simetria deve estar desativado. O ajuste da tensão de saída deve ser feito nos dois
potenciômetros para o mesmo valor de tensão que se necessita.
Alguns aparelhos necessitam de uma fonte de alimentação simétrica para funcionarem. A fonte aqui
descrita pode ser facilmente configurada para tal tarefa, pois existe um circuito encarregado de realizar as
modificações necessárias com um simples toque em uma micro-chave. Quando o modo de simetria esta
acionado as pontas de prova de +B da saída 1 e GND da saída 2 são unidas internamente por um rele e
formam o novo GND da fonte, e a ponta de GND da saída 1 passa a ser o –B e a ponta da +B da saída 2
permanece como +B. Um LED acende no painel da fonte indicando que este modo esta acionado. Note que
neste modo de funcionamento da fonte as duas saídas estão em serie também, a diferença é que quando se
deseja utilizar as duas saídas para fazer uma fonte de 0V a 40V não utilizamos as pontas de +B da saída 1 e
GND da saída 2 que neste caso formam o novo GND.
Controle automático de refrigeração
Esta fonte possui um sistema de refrigeração dotado de uma ventoinha 12V que é acionada somente
quando a corrente de qualquer uma das saídas ultrapassar um determinado valor. Isso é para que a
ventoinha só funcione quando realmente é necessário e não fique acumulando sujeira dentro do gabinete.
Quando uma determinada corrente (300 mA) circular por qualquer uma das saídas, surge uma
diferença de potencial de aproximadamente 1,2V nos dois diodos em serie que ligam a saída do LM 317 as
bases dos transistores de saída. Essa tensão polariza o transistor PNP levando-o a saturação, esse transistor
controla a alimentação do rele especial. No trimpot existente na base do transistor PNP é possível ajustar o
ponto em que a ventoinha liga de acordo com a corrente que circula nas saídas. Quando esse rele especial
fechar seus contatos ele, por sua vez, polariza o transistor que controla a alimentação do rele que liga a
ventoinha. Note que existe um rele especial por saída de modo que as duas saídas possam acionar a
polarização do transistor que controla a alimentação do rele da ventoinha.
Estes reles são especiais porque conseguem fechar os seus contatos com qualquer tensão a partir de
3V, e suportam até uns 30V.
Após o rele da ventoinha existe um LM 7808 que regula 8V para alimentar a ventoinha.
Convencionou-se utilizar 8V para a fonte ficar mais silenciosa.
Os reles especiais são retirados de aparelhos de telefone sem fio fora de uso. São aqueles que fazem
o chaveamento da linha; geralmente são fáceis de identificar, pois trazem escritas as designação de 700Ω
(mais comum) ou 400Ω ou até mesmo 500Ω (muito raro). Estes reles nada mais são do que reed-sheets
dentro de uma bobina de fio bem fininho e com milhares de voltas. Se o montador do projeto não
conseguir estes reles em telefones sem fio fora de uso ou no comercio, poderá montá-los com um reedsheet e um fio bem fininho enrolado ao redor (no mínimo 3000 voltas), mas nesse caso a precisão de
funcionamento desta etapa do projeto fica um tanto critica, pois não se tem características precisas do
componente montado.
Etapa de proteção
Esta fonte é protegida contra curtos circuitos em qualquer uma das saídas ou excesso de corrente.
Em serie com a linha de GND de cada saída existem 3 resistores de 0,33Ω por 2W associados em
paralelo entre si. Quando houver um curto circuito em uma saída da fonte, surge uma tensão nos terminais
desses resistores que ira polarizar o transistor NPN. Este ultimo alimentara o rele especial e esse, ao fechar
seus contatos, polarizara outro transistor NPN que ira aterrar a base do transistor que controla a
alimentação do rele principal da fonte fazendo-o entrar em corte, e com isso o rele principal abrira seus
contatos e desligara a fonte toda.
Os reles especiais utilizados nesta etapa são do mesmo tipo que os utilizados na etapa de controle
automático de refrigeração.
Transformação em fonte simétrica
O circuito que transforma rapidamente a fonte de duas saídas independentes em uma fonte simétrica
(ou liga as duas saídas em serie) é formado por um multivibrador biestável, do qual é utilizado um estado
para alimentar um rele que faz a união do +B da saída 1 com o GND da saída 2 para formarem o novo
terra.
Este multivibrador é formado por dois transistores NPN com um resistor de 1K em seus coletores
ligado ao 5V e um capacitor eletrolítico comum resistor em paralelo ligando a base de um ao coletor do
outro. Devido a diferenças de características entre os dois transistores, um começa a conduzir primeiro que
o outro, vai a saturação e assim permanece indefinidamente Uma micro-chave, um resistor e dois doidos
1N 4148 formam o circuito que obriga o multivibrador a trocar de estado toda vez que a micro-chave for
pressionada. Do coletor de um dos transistores é retirado um sinal através de um resistor, que polarizara a
base da associação darlgtom de dois transistores, estes controlarão a alimentação do rele de simetria.
A alimentação para este multivibrador, bem como para o rele de simetria é vinda de um dos
enrolamentos de 20V 5 A do transformador principal. Sendo que para alimentar o multivibrador é
utilizado um LM 7805 para regular a tensão em 5V.
Teste de controle remoto
Alem de fonte de alimentação este projeto também inclui um valioso circuito para testar controles
remotos que funcionem por emissão de infra-vermelho. Este circuito se destina a saber se o controle em
questão esta ou não emitindo o sinal infravermelho, mas não é possível saber com precisão se o controle
esta bom ou não. Pois em raríssimos casos ocorre uma alteração na freqüência emitida ou perda de alguma
componente de modulação da portadora que este circuito não tem capacidade de detectar. Essas alterações
fazem com que o controle não funcione no seu aparelho, mas ele continua emitindo uma freqüência e esta
sim este circuito capta.
O circuito é composto por um sensor infra-vermelho com amplificador de sinal interno. No pino de
saída de sinal é colocado um LED com um resistor em serie ligados ao 5V que alimenta o circuito. Um
capacitor de 10nF faz o desacoplamento de interferências captadas pelo sensor desviando-as para o terra.
Quando o sensor receber um sinal infravermelho qualquer o LED indicador piscara na mesma freqüência
do sinal recebido.
Basta apontar o controle para o sensor e ir pressionando os botões e verificar o seu funcionamento.
A alimentação para este circuito é vinda do mesmo regulador que alimenta o multivibrador biestável
do circuito de simetria.
Teste de campainha de telefone
Outro circuito importante deste projeto é o que possibilita realizar testes em campainhas de qualquer
telefone comum, sem fio, fax e secretarias eletrônicas.
Este circuito leva em consideração que todo aparelho de telefone toca a sua campainha quando
recebe uma tensão alternada superior a 30V
O circuito é composto por um transformador de 6V + 6V por 200mA utilizado de modo inverso ao
normal, isto é, onde normalmente seria o primário neste circuito é o secundário e onde seria o secundário é
o primário, e por uma associação de dois ou três transistores em darlgton. Essa associação controla a
alimentação do transformador. Quando se toca com o dedo na base da associação injeta-se múltiplas
freqüências captadas pelo corpo humano (geralmente a mais forte é a de 60HZ da rede elétrica) que neste
caso esta servindo como uma espécie de antena. Um diodo 1N 4007 protege a associação da corrente de
retorno do transformador. Essas freqüências vão fazer oscilar a alimentação no primário do transformador,
gerando assim picos muito altos de tensão no secundário, esses picos serão limitados por um varistor e
aplicados ao telefone em teste se tudo estiver correto com o telefone a campainha devera tocar. Nunca
atenda o telefone durante o teste pois apesar da corrente se baixa mesmo assim os picos de tensão poderão
danificar irreversivelmente o telefone, muita atenção com fax e secretarias eletrônicas pois estes possuem
função de auto atendimento quando recebem uma chamada
Um LED indica quando o circuito esta funcionando. Quando este circuito esta funcionando a
corrente esta em torno de 700mA e quando não esta ligado a corrente e nula.
Não é necessário dissipador de calor no TIP 31, pois os testes são rápidos não dando tempo de o
transistor aquecer.
Lista de componentes
01 fusível - 1,5 A
02 micro-chaves - qualquer tipo NA
01 chave HH - seletora de tensão
01 tomada para rede elétrica - saída 110 V
01 rele - 24 V duplo com duas chaves
02 reles - 24 V simples
04 reles de telefone sem fio - ver texto
01 transformador de força - ver texto
01 transformador de isolamento - ver texto
02 galvanômetros - qualquer tipo de sucata 200 mA de fundo de escala máximo
01 ventoinha - 12 V
06 capacitores - 100 uF (eletrolítico)
04 capacitores - 220 uF (eletrolítico)
03 capacitores - 10 uF (eletrolítico)
02 capacitores - 6.800 uF (eletrolítico)
04 capacitores - 100 nF (cerâmico ou poliéster)
02 resistores - 10 K 1/8 W (marrom, preto, laranja, dourado)
01 resistor - 39 K 5 W (de fio)
04 resistores - 1 K 1/8 W (marrom, preto, vermelho, dourado)
05 resistores - 4,7 K 1/8 W (amarelo, violeta, vermelho, dourado)
04 resistores - 22 K 1/8 W (vermelho, vermelho, laranja, dourado)
01 resistor - 39 homs 1/8 W (laranja, branco, preto, dourado)
01 resistor - 2,2 K 1/8 W (vermelho, vermelho, vermelho)
01 resistor - 820 homs 1/8 W (cinza, vermelho, marrom, dourado)
02 resistores - 330 homs 1/8 W (laranja, laranja, marrom, dourado)
02 potenciômetros - 5 K lineares
02 trimpots - 47 K
02 trimpots - 200 K
04 resistores - 0,22 homs 2 W
04 resistores - 0,9 homs 2 W
01 triac - MAC 12 ou qualquer outro que suporte 220 V
11 transistores - BC 548
03 transistores - BC 558
01 transistor - TIP 31
02 transistores - 2SD 1877 ou 2N 3055
02 transistores - 2SC 2579 ou 2N 3055
17 diodos - 1N 4148
16 diodos - 1N 4007
02 CI - LM 317 regulador ajustável de tensão
02 CI - LM 7824 regulador fixo de tensão
01 CI - LM 7808 regulador fixo de tensão
01 CI - LM 7805 regulador fixo de tensão
03 LEDs - qualquer cor foram ou tamanho
Diversos: gabinete, fios, solda, dissipador de calor(imprescindível), cabo AC, botões para os
potenciômetros, pontas de prova com garras jacaré, parafusos, cola, etc..