1 - Introduo.. 2- Descrio do projeto...................................................................................................... 3 O retificador................................................................................................................... 3.1 - Funcionamento do circuito retificador................................................................... 3.2 - Filtro para a o circuito retificador.......................................................................... 3.3 Configurao final do retificador e funcionamento do circuito............................. 3.3.a Semiciclo positivo....................................................................................... 3.3.b Semiciclo negativo...................................................................................... 4 - Dimensionamento dos capacitores................................................................................. 4.1 - Tenso de pico........................................................................................................ 4.2 - Tenso mxima...................................................................................................... 4.3 - Tenso de ripple..................................................................................................... 4.4 - Tenso mnima....................................................................................................... 4.5 - Tenso mdia......................................................................................................... 4.6 - Resistncia na carga............................................................................................... 4.7 - Capacitor de estabilizao da tenso (capacitor de ripple).................................... 4.8 - Tenso mdia aps estabilizao do sistema......................................................... 5 - Dimensionamento dos diodos........................................................................................ 5.1- Tenso reversa no diodo......................................................................................... 6 - Clculo da potncia na carga.......................................................................................... 7 - Estabilizao da tenso de sada.................................................................................. .. 7.1 - Sadas simtricas.................................................................................................... 7.2 - Sada fixa de 5V..................................................................................................... 8 - Esquema eltrico final do projeto.................................................................................. 9 - Testes em laboratrio..................................................................................................... 10 - Formas de onda............................................................................................................ 10.1 - Na sada do transformador................................................................................ .. 10.2 - No diodo.............................................................................................................. 10.3 - No capacitor (ripple)........ 10.4 a Nacarga...................................................................................................... 10.4.b - Aps regulador de tenso LM7805....................................................... 11 - Confeco do circuito impresso................................................................................. 12 - Lista de materiais utilizados....................................................................................... 13 - Concluso................................................................................................................... 14 - Referncias bibliogrficas.......................................................................................... 1 IntroduoPercebemos que no decorrer dos anos, a eletrnica assumiu grande importncia em nossas vidas, facilitando nosso dia-a-dia. Tudo o que est ao nosso redor, est de alguma forma envolvido com a eletrnica. Os componentes eletrnicos foram realmente um marco na histria das descobertas e, nos proporcionaram um imenso avano tecnolgico, tornando mais simples nosso modo de viver. A origem dos aparelhos eletrnicos remonta s pesquisas de Heinrich Hertz (1887) com o inicio do estudo da Foto eletricidade e, Thomas Alva Edison (1883), com o que chamamos hoje de "Efeito Edison", ou efeito terminico. Ele demonstrou a formao de uma corrente eltrica fraca no vcuo parcial entre um filamento aquecido e uma placa metlica. Que mais tarde, receberam o nome de eltrons. A partir da, so vrios os relatos de experincias envolvendo a eletricidade, desde J.A. Fleming (1897), com a chamada vlvula de Fleming, que deu origem a todas as vlvulas utilizadas em telecomunicaes e, Lee de Forest (1906) que inventa o trodo. A utilizao dessas vlvulas como geradores, amplificadoras e detectores, foi aos poucos se impondo, at chegar-se a inveno do transistor em 1947 pela BELL TELEPHONE LABORATORIES. Este componente substitui a vlvula, sendo muito menor e mais barato. Jonathan Zenneck, em 1905, desenvolve o Tubo de Braun e cria o osciloscpio catdico, origem dos cinescpios dos aparelhos de televiso. Em 1958 fabricou-se o primeiro Circuito Integrado, pequena pastilha com pinos metlicos, que em seu interior, de forma microscpica, encontram-se de dezenas at milhes de transistores e outros componentes. Com o aperfeioamento dos circuitos integrados surgiu em 1971 o primeiro microprocessador. Esta tcnica a base de toda Eletrnica atual. Numa definio mais abrangente, podemos dizer que a Eletrnica o ramo da cincia que estuda o uso de circuitos formados por componentes eltricos e eletrnicos, com o objetivo principal de captar, armazenar, transmitir ou processar informaes alm do controle de processos e servo mecanismos. Para o funcionamento de circuitos eletrnicos se faz necessria a utilizao de tenses de correntes contnuas, como o exemplo de uma pilha ou bateria. Portanto, se torna imprescindvel a retificao da tenso alternada disponibilizada na rede eltrica. Este relatrio ir descrever passo a passo a construo de uma fonte de tenso simtrica regulvel, material necessrio para tal projeto e seu funcionamento. Demonstrando ainda todos os testes aplicados ao projeto em laboratrio, para a verificao de seu correto funcionamento antes de sua montagem final.

2 - Descrio do projeto Este projeto tem como objetivo, montar uma fonte de tenso simtrica regulvel, variando entre 1,2 e 14 volts. Tais fontes devem fornecer tenses positiva e negativa iguais em torno de uma referncia comum de 0V ou terra (GND). Esta fonte dever ainda, conter uma sada de tenso fixa de 9 volts. Tendo como necessidade para este projeto, uma considervel diminuio na tenso da rede de alimentao, usou-se para o devido fim um transformador abaixador, passando a tenso de entrada de 220 Volts, para uma tenso de 12 volts, com capacidade de fornecer uma corrente de at 0,5 ampres. A tenso fornecida pela concessionria de energia eltrica alternada, ao passo que os dispositivos eletrnicos operam com tenso contnua, ento se faz necessrio retific-la, e isto feito atravs de um circuito retificador, que converte corrente alternada em corrente contnua. Seu funcionamento ser descrito a seguir. 3 - O retificador O diodo tem a caracterstica de conduzir corrente somente num sentido e, devido a esta caracterstica unidirecional o mesmo utilizado para retificar, transformando a tenso senoidal de entrada da rede eltrica em uma tenso contnua pulsante.

O anodo apresenta-se como o lado positivo do componente, sendo o catodo o negativo. O diodo s conduz corrente quando polarizado diretamente, ou seja, quando o positivo da senoide atinge o anodo do mesmo, permanecendo bloqueado (se diz em aberto) quando polarizado reversamente (inversamente). O diodo deve suportar uma tenso reversa maior do que a tenso de pico e uma corrente direta maior que a corrente da fonte. 3.1 - Funcionamento do circuito retificador O mtodo de retificao utilizado neste projeto foi o de meia onda. Nos moldes do desenho a seguir:

Para o ponto A positivo em relao a B, o diodo est polarizado diretamente e conduz. A corrente circula de A at B passando pelo diodo e RL. Para o ponto A negativo em relao a B, o diodo est polarizado inversamente e no conduz. Tem-se corrente em RL somente nos semiciclos positivos de entrada.

3.2 - Filtro para a o circuito retificadorA ondulao na sada do circuito retificador muito grande, o que torna a tenso de sada inadequada para alimentar a maioria dos circuitos eletrnicos. Torna-se ento necessrio fazer uma filtragem da tenso de sada do retificador. A maneira mais simples de efetuar esta filtragem, ligar um capacitor de alta capacitncia em paralelo com a carga RL e, normalmente utiliza-se um capacitor eletroltico. A funo deste capacitor reduzir tal ondulao. Quanto maior for o valor deste capacitor menor ser a ondulao na sada da fonte. Esta filtragem nivela a forma de onda na sada, tornando-a mais prxima de uma tenso contnua pura, que a tenso de uma bateria ou pilha. Como a tenso da rede de 60Hz, o capacitor se recarrega 60 vezes por segundo.

Obs. O voltmetro de tenso contnua indica o valor mdio da tenso medida. 3.3 Configurao final do retificador e funcionamento do circuito Por tratar-se de uma fonte simtrica, a configurao final do circuito da-se como se fossem duas fontes de meia onda montadas em conjunto, conforme esboo abaixo:

Obs.: R1 e R2 apenas esto representando a carga RL aplicada sada do sistema.3.3.a - Semiciclo positivo No semiciclo positivo o diodo D2 conduz e carrega o capacitor C2 com o valor mximo de tenso (Vmax). Assim que a tenso de entrada cair a Zero, o diodo para de conduzir e o capacitor passa a descarregar-se lentamente em R2. Quando a tenso de entrada fica negativa (semiciclo negativo) o diodo D2 no conduz e o capacitor continua descarregando lentamente em R2.

3.3.b - Semiciclo negativo No semiciclo negativo, quem conduz o diodo D1, que carrega o capacitor C1 com o valor mximo de tenso (Vmax). Assim que a tenso de entrada subir a zero, o diodo D1 para de conduzir e o capacitor passa a descarregar-se lentamente em R1. Quando a tenso de entrada fica positiva (semiciclo positivo) o diodo D1 no conduz e o capacitor continua descarregando lentamente em R1.

4- Dimensionamento dos capacitoresPara o clculo de dimensionamento do capacitor de ripple, levou-se em considerao a tenso eficaz real do transformador utilizado no projeto, medida com a utilizao de um voltmetro digital (Vef = 12V).4.1 - Tenso de pico A tenso medida na rede denomina-se tenso eficaz, para calcularmos a tenso de pico utiliza-se a seguinte frmula: Vp = Vef .2 Vp = 12 . 2 Vp = 16,97V Tal tenso possvel de ser observada somente com o auxlio de um osciloscpio. 4.2 - Tenso mxima No retificador de meia onda a tenso mxima no capacitor, o pico de tenso de entrada menos 0,7V (queda de tenso no diodo), Vmax = Vef .2 Vd . Vmax = Vp Vd Vmax = 16,97 0,7 Vmax = 16,27V

4.3 - Tenso de ripple Tenso de ripple denomina-se a variao de tenso entre a carga total e a descarga do capacitor. Adotou-se para o sistema, uma variao de 12%, considerando-se a necessidade de que a tenso mdia fique estabilizada acima dos 20 volts, que o valor de tenso desejado na sada do sistema. Vripple = 12% Vripple = 12 . 16,27 /100 Vripple = 1,95V4.4 - Tenso mnima Tal tenso, tambm observada somente com o auxlio de um osciloscpio. Vmin = Vmax Vripple Vmin = 16,27 1,95 Vmin = 14,32V 4.5 - Tenso mdia a tenso que pode ser medida utilizando-se um voltmetro de tenso contnua. Vmed = Vmax + Vmin/ 2 Vmed = 16,27 + 14,32/2 Vmed = 15,29V4.6 - Resistncia na carga Carga hmica suposta na sada, para posterior clculo do capacitor utilizado para estabilizao do sistema. R =V/I R = 15,29/0,5 R = 30,58 Considera-se V a tenso mdia e I a corrente mxima fornecida pelo transformador. 4.7 - Capacitor de estabilizao da tenso (Capacitor de ripple) Capacitor de ripple: ---------------------------Capacitor comercial = 4700 FC = Vmax / Vripple . f . R Vripple = Vmax / R C . f . RC = 16,27/1,95 . 60 . 30,58 Vripple = 16,27/4700F . 60 . 30,58C = 4,547F Vripple = 1,88VO capacitor de valor comercial mais aproximado do clculo feito o de 4700F. Refazendo-se o clculo, encontramos o valor de 1,88V para a tenso de ripple. Foram utilizados 2 capacitores eletrolticos de 4700F de 35V (C1 e C2), levando-se em conta que a tenso de trabalho do mesmo deve ser igual ou superior a tenso mxima fornecida pelo sistema, a qual ficou em 16,27V, conforme clculo feito anteriormente.4.8 - Tenso mdia aps estabilizao do sistemaTenso Mnima: Tenso Mdia:Vmin = Vmax Vripple Vmed = Vmax + Vmin/2Vmin = 16,27V 1,88 Vmed = 16,27 + 14,39/2Vmin = 14,39V Vmed = 15,33V5 - Dimensionamentos dos diodos Sabendo-se que o diodo deve suportar uma tenso reversa maior do que a tenso de pico e uma corrente direta maior que a corrente da fonte, levaremos em considerao para o dimensionamento dos diodos a tenso reversa em cima do mesmo. 5.1 - Tenso reversa no diodoAtravs do desenho a seguir podemos observar que a tenso reversa em cima do diodo fica em torno do dobro da tenso de pico (Vrev = -2Vp), pois a tenso da fonte soma-se com a tenso de carga do capacitor.

Vrev = Vp Vc Vrev = 16,97 16,27Vrev = 33,24VForam utilizados 2 diodos 1N4004 (D1 e D2), responsveis pela retificao da tenso alternada de entrada (onda senoidal) na linha positiva e outros dois (D3 e D4) na linha negativa e, que conforme datasheet, suportam uma tenso de 280V RMS, 400V de tenso reversa e uma corrente de 1 Ampres. Servindo perfeitamente para o propsito em questo.6 - Clculo da potncia na carga Destina-se a dimensionar a potncia dos resistores que sero conectados sada da fonte durante testes em laboratrio, evitando assim a queima dos mesmos. O clculo da potncia foi feito em cima da tenso de sada dos reguladores (LMs) que sero utilizados no projeto e a carga anteriormente calculada para a resistncia.P = V R/2P = 16/30,58P = 8,37W7 - Estabilizao da tenso de sada 7.1 - Sadas simtricas Para se alcanar a variao de tenso pretendida entre 1,2V e 20V, utilizou-se dois reguladores de tenso: - LM317, responsvel pela estabilizao da parte positiva do sistema; - LM337, responsvel pela estabilizao da parte negativa do sistema. Os quais atendem perfeitamente ao requisito do projeto, suportando segundo o datasheet, uma tenso de 40V e picos de corrente de 3,5 ampres. A variao de tenso ser feita atravs da utilizao de dois trimpots de 2K instalados na entrada de ajuste dos dois LMs. Segue o esquema de ligao:

Os dois resistores de 120 tem a funo de, quando o trimpot todo aberto, manter uma queda de potencial em relao ao GND, mantendo a tenso na sada estabilizada em 1,2 volts. Os capacitores de 10 e 22F na sada do circuito, tem a funo de corrigir algum eventual rudo, bem como suprir um eventual pico de corrente exigido pela carga a ser conectada sada. 7.2 - Sada fixa de 9V Para a obteno dos 9V de tenso fixa de sada da fonte, foi utilizado um regulador de tenso LM7809. O qual, segundo datasheet, suporta uma tenso de 35V e picos de corrente de 2,2 ampres. Neste no haver a possibilidade de variao da tenso de sada assim como nos dois anteriores. O esquema de ligao est representado a seguir:

O capacitor de 0.22F tem a mesma funo dos dois ligados s sadas do esquema anterior, o de corrigir algum eventual rudo, bem como suprir um eventual pico de corrente exigido pela carga a ser conectada sada. 8 - Esquema eltrico final do projeto Foi ainda, implementado no sistema um Led, para indicar o estado de funcionamento da fonte. Sendo este ligado em s rie com um resistor de 510, para queda de tenso em cima do Led, evitando assim sua queima. Ficando assim o projeto, conforme esquema a seguir:rie com um resistor de 510, para queda de tenso em cima do Led, evitando assim sua queima. Ficando assim o projeto, conforme esquema a seguir:

Tambm foi implementado ao primrio do trafo, uma chave duas posies (110-220V) e um interruptor (Liga-Desliga), os quais no aparecem no esquema do circuito.9 - Testes em laboratrio Aps montagem do circuito em Proto-board, foram executados os testes em cima do projeto, verificando sua eficincia e permitindo a correo de algum eventual problema a ser diagnosticado.

10 - Formas de onda 10.1 - Na sada do transformador Nas imagens abaixo temos a onda senoidal na sada do transformador. Onde, na primeira podemos observar o valor de pico da tenso, ficando por volta dos 26,3V conforme clculo anteriormente feito. Na segunda imagem, podemos observar um achatamento na onda senoidal, a qual acaba ocasionando uma queda no valor mximo de tenso fornecida ao sistema. Queda esta causada pela alta corrente drenada do sistema pela carga de 33 ligada as sadas da fonte.

10.2 - No diodo Na foto a seguir observamos a tenso reversa em cima do diodo, a qual conforme calculo feito anteriormente, ficou por volta de 51,9V. Motivo este, pelo qual o diodo deve suportar uma tenso reversa maior que a tenso de pico.

Tenso reversa em cima do diodo.Para a melhor observao da onda, a escala foi elevada em duas divises.

10.3 - No capacitor (ripple) Para se observar a tenso de ripple, foi ligada uma carga de 33 a cada uma das sadas simtricas do circuito (3 resistores de 100 e 10Watts, em paralelo). Onde se observou a seguinte forma de onda:

Tenso de ripple (em cima dos capacitores de 4700).Conforme clculo anteriormente feito, a teso mdia observada em cima dos capacitores de ripple deveria ficar por volta dos 24,09V, porm podemos observar atravs da imagem a cima que esta tenso acabou ficando um pouco abaixo da desejada, isto se deve a queda de tenso fornecida pelo transformador j na entrada do sistema, devido grande corrente exigida pela carga, conforme visto anteriormente nas imagens da onda senoidal da sada do transformador.10.4 - Na carga 10.4.a - Aps reguladores de tenso LM317 e LM337 Abaixo vemos as formas de onda nas sadas simtricas da fonte. Na primeira imagem temos as ondas de sada de tenso mdia com carga mxima de 33 conectada s sadas e com o trimpot totalmente aberto, ou seja, ajustadas para fornecerem tenso mxima de 20V na sada do sistema. Onde pode-se observar o ripple existente em ambas as sadas. Fornecendo uma tenso mdia de 17,8V no lado positivo e 19V no lado negativo. Na segunda imagem observamos a tenso de uma das sadas, com a mesma carga de 33, juntamente com a tenso de ripple em cima do capacitor de 4700F, porm com trimpot totalmente fechado, tendo assim o sistema ajustado para fornecer 1,2V de tenso na sada da fonte. Onde observa-se a perfeita estabilizao do sistema.

10.4.b - Aps regulador de tenso LM7805 Na prxima imagem temos a forma de onda aps o regulador de 5V, com carga mxima de 33 conectada sada. Onde podemos observar na parte superior da imagem o ripple em cima do capacitor de 4700F e logo abaixo, a tenso de sada de 12V fornecida pela fonte.

Sada fixa de 12V11 - Confeco do circuito impresso O Layout foi elaborado, com base na distribuio dos componentes sobre uma rea de 10x15 cm (tamanho da placa adquirida). Depois de feita a transferncia da imagem para a placa virgem por meio de processo trmico, foi feita a corroso do cobre excedente em cido percloreto de ferro, no qual a placa permaneceu submersa por um tempo mdio de 25 minutos. Nas imagens a seguir vemos o layout original e o resultado final do processo, com a placa j devidamente furada para a posterior montagem dos componentes.

Processo de confeco da placaNas prximas imagens temos a placa j com os componentes soldados e o projeto concludo.Como pode-se observar nas imagens a cima, foi utilizado um dissipador de calor para os reguladores de tenso e realizado testes na sada positiva e negativa alcanando os valores estipulados pelos clculos,12 - Lista de materiais utilizados Transformador: 1 - Trafo com primrio de acordo com a rede local e secundrio de 12V.com center tap Resistores: 2 - 2K Trimpot; 1 - 510 Resistor cermico de filme metlico; 2 - 120 1% Resistor cermico de filme metlico. Semicondutores: 4 1N4004 Diodo retificador; 1 LM317 Circuito integrado (regulador de tenso); 1 LM337 Circuito integrado (regulador de tenso); 1 LM7809 Circuito integrado (regulador de tenso). Capacitores: 2 4700 F x 35V3 10 F x 35V Capacitor eletroltico; 1 22 F x 35V Capacitor eletroltico; 1 0,22 F x 35V Capacitor eletroltico.6 100 nFcapacitor ceramico Diversos: 1 Placa de circuito impresso;1 Dissipador de calor para os circuitos integrados; 2 Conectores duplos, passo 5mm; 1 Conector Triplo, passo 5mm; 1 Chave duas posies; 1 Interruptor; Cabo de fora, fios, estanho para solda, etc. 1 Caixa para montagem fonte1 Multmetro para display

13 - Concluso Atravs dos testes feitos em laboratrio, pde-se verificar o funcionamento do circuito elaborado neste projeto, sendo possvel a variao de tenso conforme especificado no esquema inicial. Com a utilizao do osciloscpio e voltmetro digital, pde-se observar que a sada de 09V apresentou-se perfeitamente estabilizada mesmo com carga total, assim como as sadas simtricas quando ajustadas para baixa tenso (1,2V). Porm, os valores de tenso inicialmente calculados para o sistema de sada simtrica ajustados para 16V, quando conectados a uma carga de 33 ficaram abaixo do especificado, tendo assim a princpio, apresentado um resultado insatisfatrio.Observaram-se deformidades na tenso, tanto do lado positivo quanto do negativo das sadas simtrica, sendo que os reguladores de tenso (LMs) provocam uma queda de tenso por volta de 2 volts no sistema, o que j no se era esperado, agravando-se ainda mais pelo achatamento da tenso fornecida pelo transformador entrada do sistema, devido a alta corrente drenada pela carga ligada sada da fonte. Deduzindo-se assim que, para a obteno da tenso inicialmente desejada, teramos que substituir o transformador por um de maior tenso nominal. Porm, com uma carga maior (50) conectada sada da fonte, ela apresentou-se estvel, ficando com valores satisfatrios de tenso na sada. E visto que, muito provavelmente, nunca conectaremos uma carga de impedncia to baixa na sada da fonte, gerando uma corrente to elevada, ela atende satisfatoriamente os requisitos iniciais. Conclui-se assim que o projeto em questo apresentou-se satisfatrio e, atender as necessidades futuramente exigidas a ele.

14 - Referncias bibliogrficas

1 - A Histria da Eletrnica. Disponvel em: http://www.cursodeeletronica.com/mais eletronica/a eletronica.htm

2 - Maurcio Caruzo Reis. Eletrnica Bsica. Edio do autor.

3 - Circuitos Retificadores. Disponvel em: http://ivairsouza.com/retificador_ponte.html

4 - Fontes Simtricas. Disponvel em: http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/688

5 - LM317 - Terminal Adjustable Regulator. National Semiconductor. Disponvel em: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS009063.PDF

6 - LM337 - Terminal Adjustable Negative Regulator. National Semiconductor. Disponvel em: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS009067.PDF

7 - LM7805 Terminal Positive Voltage Regulator. Fairchild Semiconductor. Disponvel em: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/fairchild/LM7805.pdf

8 - PR3002 Diode. Diodes Incorporated. Disponvel em: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/diodes/ds26014.pdf