Fonte de 0 a 15 V com 1 A Com Controle de Tensão Por toque (ART2393)

A elevadíssima resistência de entrada dos amplificadores operacionais com FET da série TL070 da Texas Instruments permite a realização de projetos interessantes como este: uma fonte de alimentação que não usa potenciômetros ou outros dispositivos para o controle da tensão de saída, mas sim o toque de seus dedos em sensores. São usados dois sensores, um para elevar e outro para baixar a tensão exatamente até o nível que você deseja na saída.

Sem potenciômetros ou outros dispositivos de controle na saída, esta fonte mantém sua tensão em função da carga de um capacitor.

Como a corrente que o amplificador operacional com FET exige, para tomar esta tensão de referência, é extremamente baixa, pois sua resistência de entrada é de 1012 ohms, o capacitor se mantém por horas com a mesma tensão que é fixada pelo toque de seus dedos.

Trata-se de uma fonte, evidentemente experimental, pois para alimentar circuitos em que se exige grande estabilidade de tensão, o sistema não serve.

Usando um transformador de 12 V x 1 A podemos obter tensões de saída de pouco mais de 12 V, mas nada impede que seja usado um transformador de 15 V e até mesmo 20 V para se obter uma tensão maior de saída no limite.

Até mesmo o integrado CA3140 pode ser usado nesta versão também, pois se trata de amplificador operacional com FET na entrada. (figura 1)

Figura 1 – TL071 e CA3140

O circuito

A ideia básica é simples: um operacional controlando a tensão de saída via dois transistores, sendo um de potência.

Neste caso, entretanto, como o amplificador operacional tem uma elevadíssima resistência de entrada, podemos usar para a referência não um diodo zener, como se faz normalmente, mas sim um capacitor carregado com a tensão que se deseja na saída.

A elevadíssima resistência de entrada do operacional impede que a carga se escoe, alterando assim em períodos curtos a tensão de saída.

O que ocorre normalmente é a perda desta carga por fugas ou pela própria resistência do ar, mas isso leva muito tempo para causar algum tipo de preocupação.

A preocupação maior é com a escolha de C2 que deve ser obrigatoriamente de poliéster (de boa qualidade), com valores entre 2,2 uF e 5,6 uF.

No protótipo usamos um capacitor de 5,6 uF que mantém por longos intervalos de tempo a carga, sem alteração sensível da tensão de saída.

Para carregar e descarregar o capacitor com a tensão de referência (desejada na saída) usamos o processo do toque.

Temos então dois sensores ligados a resistores de 1M5, o que permite uma excursão de mínimo a máximo e vice-versa, da ordem de 10 segundos.

Tocando em X1, a corrente carrega o capacitor, elevando assim a tensão de referência. Tocando em X2 ocorre a descarga.

O interruptor S2 de pressão é optativo, podendo ser usado para descarregar o capacitor C2 quando desligamos a fonte, garantindo assim que, quando ela for ligada novamente, a tensão parta de zero na saída.

O transistor Q1 é um sensor de ê tensão que realimenta o integrado, fornecendo assim a polarização para a saída.

Entre os pontos A e B, que correspondem à saída, podemos ligar três tipos de indicadores.

O mais simples consiste num indicador de ferro móvel, de baixo custo, com escala de 0-15 ou mais, conforme o tipo de transformador usado.

Lembramos, entretanto, que este tipo de indicador não é muito preciso, mas possui baixo custo em relação aos demais.

Outra possibilidade consiste em se ligar um multímetro na escala de tensões DC para monitorar a saída de tensão, mas neste caso ele ficará ocupado impossibilitando outro tipo de aplicação simultânea.

Finalmente, temos a possibilidade de se ligar um VU-meter de 200 uA ou mesmo de 1 mA, com uma escala previamente preparada para medir a tensão de saída.

Um trimpot de ajuste deve ser usado, conforme mostra a figura 2.

Figura 2 – Ligando um VU-meter com voltímetro | Clique na imagem para ampliar |

Para fazer o ajuste do trimpot é simples. Ligue na saída da fonte também o multímetro na escala DC-volts que permita Ier a tensão máxima.

Ajuste a fonte para a tensão máxima e, ao mesmo tempo, o trimpot para que o VU vá até o fim da escala.

Veja a quanto corresponde esta indicação no próprio multímetro, anotando o valor no VU.

Depois é só dividir em partes iguais a escala, anotando os valores correspondentes.

Montagem

O diagrama completo da fonte com controle por toque é mostrado na figura 3.

| Clique na imagem para ampliar |

Podemos realizar a parte básica do projeto numa placa de circuito impresso, conforme mostra a figura 4.

| Clique na imagem para ampliar |

Para o circuito integrado podemos usar um soquete, e para Q2 deve ser empregado um bom radiador de calor.

C1 deve ter uma tensão de operação, pelo menos 100% maior que a tensão do transformador usado.

Sugerimos 2 200 uF x 25 V para transformadores de 12 V e 2 200 uF x 35 V para um transformador de15 V.

Os sensores podem ser fixados no próprio painel da fonte, havendo diversas possibilidades para isso.

Sugerimos a configuração mostrada na figura 5, que consiste em 4 parafusos de latão, que proporcionam bom contato ao toque.

| Clique na imagem para ampliar |

Outra possibilidade consiste no uso de um painel de circuito impresso, conforme desenho.

Não incluímos no diagrama LED para monitoração, mas isso pode ser feito, lembrando que ele deve ser ligado logo após D1 em série com um resistor de 1k5.

O resistor R4 deve ser de fio com pelo menos 1 watt de dissipação, e C3 pode ter uma tensão de trabalho de 25 V.

Os resistores são todos de 1/8 ou ¼ W, exceto R4, conforme já explicamos.

Prova e Uso

Para provar o procedimento é simples. Ligue a alimentação, acionando S1.

Ligue um multímetro ou voltímetro na saída, se não o tiver já incorporado.

Toque inicialmente no sensor X1. A tensão de saída deve subir vagarosamente até atingir o máximo. Tocando em X2 a tensão deve cair. A subida ou descida deve parar no instante em que deixarmos de tocar nos sensores.

Se a tensão cair logo que deixarmos de tocar nos sensores, é sinal que o capacitor C2 apresenta fugas, devendo ser substituído.

Para usar a fonte leve em conta a polaridade da saída e principalmente os limites de corrente. Não ligue carga que consuma mais que o previsto.

Quando ligar aparelhos eletrônicos na saída, proceda sempre do seguinte modo: ajuste antes a tensão para depois acionar o aparelho alimentado.