Eis uma fonte potente, que utiliza apenas transistores, e fornece correntes de saída de até 5 ampères. Ajustável de 0 a 20V ela é ideal para a prova de equipamentos de som de carro na bancada e até para a alimentação de equipamentos de radioamadores em casa.
Fontes de alimentação podem ser projetadas de muitas formas. A quantidade de variações em torno de uma configuração está diretamente na dependência da tensão e corrente de saída além de eventuais recursos exigidos pelos equipamentos alimentados.
A fonte que descrevemos é do tipo tradicional com transistores no controle da corrente principal e diodo zener na referência de tensão. A corrente máxima de saída é elevada, o que permite a a sua utilização na alimentação de equipamentos mais potentes como os de som de carro e de telecomunicações.
São usados apenas transistores tradicionais e até o diodo zener admite algumas soluções alternativas para os que encontrarem dificuldades na sua obtenção. Esta característica importante pois a torna mais acessível aos leitores com menos experiências ou que desejam um projeto mais simples de montar.
Como a filtragem e a regulagem são boas, os equipamentos de som alimentados não terão problemas de roncos.
Características:
Tensões de entrada: 110/220 VCA
Tensões de saída: 0 à 20 V (ajustados linearmente)
Corrente máxima de saída: 5 A
Número de transistores: 4
COMO FUNCIONA
Conforme explicamos, temos uma configuração tradicional que inclusive pode ser indicada para cursos técnicos, já que se utilizam etapas que normalmente os estudantes de segundo aprendem a calcular.
A tensão da rede é abaixada por meio de um transformador que também serve de isolamento, garantindo assim a segurança do circuito de baixa tensão.
A tensão de secundário de 20Vrms é retificada por uma ponte de 4 diodos que conduzem alternadamente cada semiciclo de modo que a corrente média em cada um é aproximadamente metade da corrente máxima de saída. Por este motivo é que podemos usar diodos de 3 ampères, mesmo sendo a fonte de 5 ampères.
A tensão retificada carrega um capacitor de filtro com tensão que chega ao valor de pico, da ordem de 28 V.
Esta tensão de 28 V alimenta um circuito de referência que tem em R1 e o diodo zener os elementos básicos. R1 limita a corrente no zener, obtendo-se assim a referência para o circuito regulador.
O potenciômetro P1 funciona como um divisor de tensão adicional que determinará a tensão de saída.
Por exemplo, se colocarmos este componente em seu fim de curso, de modo a obter a tensão máxima de saída, ele aplicará os 22 V do diodo zener na base de Q1.
Como existe uma queda de tensão entre base e emissor deste transistor, teremos uma corrente maior para a excitação de Q2, mas a tensão será 0,6 V menor.
Da mesma forma, aplicando esta tensão na base de Q2, obtemos corrente maior ainda em seu emissor, mas teremos nova queda de tensão de 0,6 V. A corrente obtida será capaz de excitar dois 2N3055 com a corrente final que chega aos 5 ampères, mas teremos nova queda de 0,6 V entre o emissor e a base desses transistores.
Isso significa que na saída do circuito regulador com os transistores teremos uma queda total da ordem de 1,8 V. Levando em conta que a referência máxima é de 22 V, isso significa que na saída teremos uma tensão máxima da ordem de 20,2 V.
O capacitor C2 impede variações bruscas na regulagem enquanto que C3 proporciona a filtragem final e desacoplamento da carga.
Veja que os resistores R4 e R5 garantem uma divisão por igual das correntes entre os transistores 2N3055. Sem eles, a corrente poderia se dividir de maneira desigual entre esses transistores e um deles, o submetido a maior intensidade poderia aquecer mais que o outro a ponto de correr risco de queima.
Isso acontece porque, mesmo dois transistores de mesmo tipo, podem ter pequenas diferenças de ganho que impede que a corrente se divida por igual. Um tende sempre a conduzir um pouco mais que o outro.
MONTAGEM
O diagrama completo da fonte de alimentação é mostrado na figura 1.
Como o circuito não é crítico, a montagem em placa exige apenas com cuidado principal a utilização de trilhas largas para os percursos da corrente mais intensa. Uma disposição de componentes na placa de circuito impresso é mostrada na figura 2.
Os transistores de potência devem estar em bons radiadores de calor. Se for usado um radiador único para os dois transistor 2N3055 não será preciso isolar os transistores do radiador,pois seus coletores são comuns, no entanto, deve ser feito o isolamento do radiador em relação à caixa se ela for de metal.
O transformador deve ter enrolamento primário de acordo com a rede de energia. Pode ser usado um transformador de 20+20 V com 5 A em lugar de secundário simples, caso em que precisaremos de apenas dois diodos para a retificação, conforme mostra a figura 3.
O capacitor de filtro deve ter valor elevado para que todo o ripple (ondulação) seja eliminada nas correntes mais intensas. Na falta do tipo de 4 700 µF podem ser usados dois capacitores de 4 700 µF/40V em paralelo.
O diodo zener é de 1W ou maior, e sua tensão pode estar entre 21 e 23V, valor que influi apenas na tensão máxima, conforme explicamos.
Eventualmente diodos de menores tensão podem serligados em série para se obter o valor desejado.
Para o transistor Q2 pode ser usado um radiador de calor menor que o empregado com Q3 e Q4.
Os resistores R4 e R5 devem ser de fio com pelo menos 2 W de dissipação. Uma possibilidade de improvisação para estes componentes consiste na ligação de 5 resistores de 1 ohm/0,5W em paralelo, conforme mostra a figura 4.
Estes resistores tendem a trabalhar quente com a corrente máxima de saída da fonte.
Se a fonte for instalada em caixa fechada, o radiador de Q3 e Q4 deve ficar na parte externa.
Um LED indicador pode ser acrescentado, sendo ligado em paralelo com C1 e em série com um resistor de 3,3 k Ω/0,5W conforme mostra a figura 5.
PROVA E USO
Esta fonte não possui proteção contra curto-circuitos na saída. Uma corrente excessiva na saída pode danificar os transistores e até mesmo o transformador. Entretanto, num caso como este é mais provável que antes, o fusível de entrada queime.
Para provar a fonte basta ligar um voltímetro na saída (pode ser o multímetro na escala apropriada de tensões CC ou DC). Verifique a variação da tensão de saída atuando sobre P1.
Um voltímetro de 0-20 V ou 0-25V comum pode ser agregado à saída da fonte de modo a permitir uma melhor monitoria da tensão.
Para usar observe a polaridade da saída e use fios de espessura compatível com a corrente exigida pelo aparelho alimentado. Nunca ultrapasse os limites de corrente da fonte.
Nunca varie a tensão da fonte com algum aparelho ligado em sua saída, pois o aparelho alimentado pode sofrer danos.
Semicondutores:
Q1 - BC547 - transistor NPN de uso geral
Q2 - TIP31 - transistor NPN de potência
Q3, Q4 - 2N3055 - transistores NPN de alta potência
D1 a D4 - 1N5402 ou equivalentes - diodos de silício
Z1 - 22 V/1 W - diodo zener
Resistores:
R1 - 8,2k/0,5 W
R2 - 47Ω/1 W
R3 - 100 Ω/0,5 W
R4, R5 - 0,22 Ω/2 W - fio - ver texto
P1 - 47k Ω - potenciômetro
Capacitores:
C1 - 4 700 µF/40 V - eletrolítico
C2 - 10 µF/25 V - eletrolítico
C3 - 1 000 µF/35 V - eletrolítico
Diversos:
S1 - Interruptor simples
T1 - Transformador com primário conforme a rede de energia e secundário de 20 V/5 A
F1 - 2 A - fusível
Placa de circuito impresso, radiadores de calor para os transistores, bornes de saída, cabo de força, suporte de fusível, fios, solda, caixa para montagem, etc.
