Projeto De Eletronica - Fonte De Alimentação Contínua

Especificações da Fonte:

Corrente máxima de 500mA, nível de tensão de saída de 0V a +12V e 12V e proteção sobre corrente com indicação foldback.

Memória de Cálculo

Retificador

Para o primeiro estágio da fonte de alimentação,utilizamos um transformador 127VRMS/18VRMS de 1A .Como a tensão a ser retificada é filtrada no valor de pico da tensão do secundário, temos 18 V = 25,46V.

A resistência de carga Rc, deverá estar submetida à uma tensão RMS de 18V. Admitindo uma corrente na carga de 1A, calculamos RL:

Vp = tensão de pico = 18 x raiz de 2 = 25,46

Vr = tensao de ripple = 5V

Iomax = corrente máxima = 1A

Vo = tensão de saída

A tensão reversa máxima que o diodo terá que agüentar é de:

Vrevmax = 2Vp = 2 x 15 x raiz de 2 = 42,42 V

Calculamos C com :

C = Iomax / 2 x Vr x f = 1666,7 uF

Utilizamos o valor de 2200uF por ser o valor comercial maior mais próximo.

Então temos:

Vo = Vp – Vr/2 = 22,96 V

Para calcular o valo de Rc, utilizado para fazer a simulação fizemos:

Rc = Vo / Iomax = 23 ohms

Abaixo segue o gráfico para as tensões de saída e da fonte:

Notamos que o Vp da fonte (V(Vs)) foi de 25,01V e o calculado foi de 25,46V. E que o valor de pico na saída (V(Rc)) foi de 24,93V e o calculado foi de 22,96V. Podemos dizer que os valores são satisfatórios.

Abaixo segue o gráfico da corrente na saída dos diodos retificadores nos semiciclos positivo e negativo e na carga ( Rc ):

Notamos que a corrente de pico na carga Rc foi de 1A , que foi justamente o valor esperado. E que o diodo deve ser capaz de agüentar uma corrente de pico de 32A , que logo após cai para 4,2A no semiciclo positivo e 5,5A no semiciclo negativo.

O valor de capacitor utilizado, 2200µF, garantiu uma oscilação de ripple de 3V (11,74%), para uma carga que exigia 1A, mais que a corrente máxima de saída deste projeto. Isso garante que o riple máximo de 20% seja alcançado em condições normais de operação.

Reguladores de tensão

Uma vez feitos os cálculos do retificador, agora deverão ser calculados os dados dos reguladores de tensão e do resto da fonte. Começando a especificação dos componentes, teremos que gerar uma tensão de referência para fornecer ao amplificador operacional em três de suas entradas: entradas –VCC, e as entradas positiva e negativa. Para isso iremos polarizar um diodo zener que forneça uma tensão por nós especificada. Usaremos o zener D1N4736, que possui regula a tensão de 6,8V com uma corrente de 37mA. Vamos gerar a referência de tensão negativa. Para isso usaremos o conjunto R1-D5. Para não exigir muita corrente do filtro vamos polarizar o zener com uma corrente de 17mA. Sabendo que a corrente média que entra no operacional é da ordem de 30mA, a corrente que flui através de R1 será de 47mA. Assim, temos:

A figura acima representa a referencia da tensão negativa que tomamos entre o Dz2 e o R14.

Agora será apresentado o calculo do circuito de referencia, o diagrama segue abaixo.

Cálculo de R1, R2, R1(12K), R17 para referência:

Como não temos a princípio, compromisso com a tensão de saída do amplificador 1 (TL071), vamos escolher a relação entre R2 e R1 como sendo de 3. Assim podemos calcular a tensão de saída do amplificador 1, e julgar valores comerciais para os resistores.

Como R2/R1 = 3, escolhemos:

O resistor de entrada R1(12K), é um limitador da corrente de entrada na entrada não-inversora do operacional. Vamos escolhê-lo como sendo o resultado da associação paralela de R1 e R2. Logo 12K

O resistor R17, ligado à saída do operacional, deverá ter um valor tal que a corrente que passa por ele seja a soma da corrente de polarização do zener mais a corrente máxima pelo potenciômetro (que será o elemento que permitirá o ajuste da tensão de saída da fonte). O valor dele limitará a corrente fornecida ao potenciômetro, visto que o diodo possui uma resistência muito menor do que o potenciômetro. Utilizamos R17 = 47 .

V0 e VI foram arbitrados para que a potência dissipada no zener e em R17 não fosse grande.

Seguimos para o calculo do terceiro estágio do amplificador (parte positiva), onde será efetivamente feita a regulação 0-12V e a proteção de corrente. Abaixo segue o diagrama desta parte:

Cálculo de R4 , (R3 + R1) e R5 para a saída:

R1 = resistência do trimpot

VLmax = 12V (tensão de saída máxima)

VREFmax = 6,8V (tensão de referência máxima)

(R3+R1)/R4 = VLmax/VREFmax – 1

R3+R1 = 0,77 R4

R4 = 10k (1/4W) (arbitrário)

R3 + R1 = 7.7k (1/4W) , onde escolhemos R3 = 6.8k e R1 = 900 , ajustamos manualmente o trimpot comprado de 3K para obtermos este valor.

Cálculo de R5 (resistência do foldback):

R5 = VBE/ILmax = 0,7V/0,5A = 1,4 (2W) , utilizamos efetivamente um valor maior na simulação