Projetos de fontes simétricas (ART052)

As fontes simétricas são amplamente usadas na alimentação de circuitos que fazem uso de amplificadores operacionais, comparadores de tensão e conversores A/D que operam em conjunto com microcontroladores. Essas fontes geram uma tensão negativa e uma tensão positiva, de valores iguais em relação a uma referência (terra ou 12 V). Nesse artigo, baseado no nosso livro “Fontes de Alimentação” (ver no final do artigo), descrevemos algumas fontes simétricas de grande utilidade para os projetistas.


Fontes simétricas são amplamente usadas na alimentação de circuitos com amplificadores operacionais que precisam tanto de tensões positivas como negativas em relação a um ponto de referência (terra).
As tensões típicas dessas fontes variam entre 3 e 12 V e as correntes são baixas, a não ser que os circuitos tenham etapas de potência. Suas correntes estão na faixa de 10 a 500 mA tipicamente. A seguir damos circuitos de fontes simétricas simples, uma sem regulagem, outra com regulagem por diodo zener, e finalmente uma  transistorizada, e que podem ser usadas na maioria das aplicações menos críticas que usem amplificadores operacionais e comparadores de tensão. A primeira tem o circuito mostrado na figura 1, podendo ser usados transformadores de 5 + 5, 6 + 6, 7,5 + 7,5 , 9 + 9 V e até 12 + 12 V conforme a tensão desejada na saída.

 



Figura 1 – Fonte simétrica simples, sem regulagem. A corrente é a máxima do transformador, até 1 A.

Observamos que a tensão sem carga (em aberto) é a tensão de pico do secundário do transformador, ou seja, um valor bem mais alto que pode chegar aos 18 V no caso dos transformadores de 12 V. Assim, para operacionais que tenham tensões máximas de 15 V deve ser usado um transformador com, no máximo, 9 V de secundário. A corrente máxima dessa fonte é dada pelo transformador. Para essa configuração recomendamos uma corrente máxima de 500 mA. Os capacitores devem ter tensões de trabalho pelo menos 2 vezes maior que a tensão do secundário do transformador usado, pois eles carregam-se com a tensão de pico.

Lista de Material
D1, D2 – 1N4002 – diodos retificadores de silício
T1 – Transformador – primário de acordo com a rede local, secundário – ver texto
C1, C2 – 1 000 ?F – capacitores eletrolíticos – ver texto
S1 – Interruptor simples
F1 – 500 mA – fusível
Diversos:
Placa de circuito impresso ou ponte de terminais, cabo de força, suporte para fusível, caixa para montagem, fios, solda,. etc.

A segunda fonte tem uma regulagem por diodos zener e é mostrada na figura 2.

 


Figura 2 – Fonte simétrica com regulagem por diodo zener.

A corrente máxima dessa fonte é menor, da ordem de apenas 50 mA, e a tensão será fixada em dois valores mais usados: 6 e 12 V. Para outras tensões, o zener e os resistores devem ter seus valores alterados. A figura 3 mostra  como podemos obter uma fonte simétrica usando um transformador com secundário simples.

 


Figura 3 – Fonte simétrica utilizando um transformador com secundário simples.

Veja que, para um transformador com 12 V de secundário, a fonte obtida será de aproximadamente 6 + 6 V.

Lista de Material
D1, D2 – 1N4002 – diodos retificadores de silício
Z1, Z2 – 6 ou 12 V x 1W – diodos zener conforme a tensão de saída desejada
C1, C2 – 1 000 ?F x 25 V – capacitores eletrolíticos
C3, C4 – 100 ?F x 16 V – capacitores eletrolíticos
R1, R2 – 22 ohms x 1 W – resistores – vermelho, vermelho, preto para 6 V ou 10 ohms x 1 W – marrom, preto, preto, para 12 V
T1 – Transformador com 12 V + 12 V de secundário de 50 mA a 300 mA – primário conforme a rede de energia
S1 – Interruptor simples
F1 – 500 mA – fusível

Diversos:
Placa de circuito impresso ou ponte de terminais, caixa para montagem, fios, solda, cabo de força, etc.

 



Fonte Simétrica Transistorizada
Usando reguladores transistorizados com transistores NPN e PNP podemos elaborar uma fonte simétrica de melhor desempenho, para correntes de saída até 500 mA. A fonte mostrada na figura 4 tem uma tensão de saída que é determinada pelos diodos zener.

 

 


Figura 4 – O uso de transistores permite obter correntes maiores de saída com regulagem pelos diodos zener.

 

Os resistores R1 e R2 têm seus valores dependentes da tensão do diodo zener conforme a seguinte tabela:

Tensão de saída Transformador (secundário) R1, R2 Diodo Zener
6 + 6 V 7,5 + 7,5 V 150 ohms x 1/2 W 6,6 V x 400 mW
6 + 6 V 9 + 9 V 270 ohms x ½ W 6,6 V x 400 mW
6 + 6 V 12 + 12 V 390 ohms x ½ W 6,6 V x 400 mW
9 + 9 V 12 + 12 V 220 ohms x ½ W 9,8 V x 400 mW
9 + 9 V 15 + 15 V 470 ohms x ½ W 9,8 V x 400 mW
12 + 12 V 15 + 15 V 270 ohms x ½ W 12,6 V x 400 mW



A corrente recomendada de secundário para o transformador é de 500 mA mas se forem usados transformadores menores, a fonte também funcionará mas fornecerá uma corrente máxima menor. Na figura 5 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para essa fonte.

 


Figura 5 – Placa de circuito impresso para a montagem da fonte. O padrão pode ser incorporado a um projeto maior que já tenha os elementos que a fonte deve alimentar. Ligações curtas são importantes no caso de circuitos sujeitos a ruídos.

Os transistores devem ser dotados de radiadores de calor e sua posição deve ser observada com cuidado. O circuito pode ser montado numa pequena caixa plástica, com bornes de cores diferentes para a saída. Um LED indicador em paralelo com as saídas pode ser agregado para indicar o funcionamento. O resistor em série com esse LED será de 470 ohms para a fonte de 6 V, 560 ohms para a fonte de 9 V e 1 k ohms para a fonte de 12 V.

Lista de Material
Q1 – BD135 – transistor NPN de média potência
Q2 – BD136 – transistor PNP de média potência
Z1, Z2 – Diodos zener de 400 mW – conforme tensão de saída – ver tabela
D1, D2 – 1N4002 – diodos retificadores de silício
R1, R2 – ver tabela – conforme tensão e transformador
C1, C2 – 1 000 ?F – capacitores eletrolítico – ver texto
C3, C4 – 10 ?F – capacitores eletrolíticos
C5, C6 – 100 ?F – capacitores eletrolíticos
T1 – Transformador com primário de acordo com a rede de energia e secundário conforme tabela
F1 – 500 mA – fusível
S1 – Interruptor simples
Diversos:
Placa de circuito impresso ou ponte de terminais, radiadores de calor para os transistores, suporte para o fusível, cabo de força, caixa para montagem, fios, solda, etc.


 

 

Fontes de Alimentação

Um livro completo sobre o assunto.


Os projetos que descrevemos neste artigo são alguns dos muitos circuitos práticos de fontes que o leitor encontrará nesse livro.
O autor, Newton C. Braga nestes quase 40 anos que atua no ramo eletrônico, observou a dificuldade de alguns leitores com os circuitos de fontes de alimentação. Como todo projeto precisa de uma fonte, o autor, acumulou diversos circuitos que foram publicados em livros e nas revistas Saber Eletrônica e Eletrônica Total, muitas oriundas de aplicativos das fábricas de semicondutores. Neste livro temos fontes lineares (ou analógicas), que são as mais comuns e as chaveadas, também denominadas SMPS - “switched mode power supplies”. Também encontramos fontes de muito alta tensão MAT e fontes de corrente constante que são utilizadas em carregadores de baterias e outras aplicações semelhantes. O autor aborda principalmente fontes de corrente contínua, analisa seu princípio de funcionamento e vários projetos práticos.
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