FONTE VARIÁVEL PARA BANCADA

Esta fonte para uso na bancada do hobista ou estudante de eletrônica/mecatrônica permite variar a tensão na faixa de 1,5 VDC até 25 VDC, com correntes de até 3 A. Um excelente montagem para aqueles que desejam um equipamento confiável, robusto e a um custo muito inferior à maioria dos equipamentos  comerciais encontrados no mercado.

No artigo "Dicas para a bancada do iniciante" fiz uma abordagem a respeito dos equipamentos úteis/necessários na bancada de um estudante ou hobista na área de eletrônica/mecatrônica (artigo também publicado na revista Mecatrônica Fácil, edição nº9 de Março/Abril de 2003). Neste artigo frisei que os equipamentos, acessórios e ferramentas deveriam ser adquiridos de acordo com as exigências e posses de cada um. Pensando nisso, resolvi “dar uma forcinha”, criando alguns equipamentos made in-home, mas que suprissem as necessidades da maioria.

A fonte que será apresentada aqui, tem as seguintes características:

• Tensão DC regulada entre 1,5 V e 25 V;
• Corrente de trabalho de até 3 A;
• Entrada de 110/220V selecionada por chave;
• Proteção contra curto-circuito no CI regulador;
• Proteção contra sobrecarga de corrente no CI regulador;
• Uso de um transformador de tensão comum (não será necessário mandar enrolar um transformador específico);
• Montagem extremamente simples (apenas uma placa e alguns componentes);
• Uso de galvanômetros opcionais para leitura voltagem e corrente;
• Ajustes de tensão “grosso” e “fino”.

Como você mesmo pode notar, trata-se de uma fonte com boas características, assemelhando-se muito às “profissionais” encontradas no mercado.

O CIRCUITO

Na figura abaixo você observa o esquema elétrico da fonte. Na primeira parte temos o transformador T₁. A função deste “trafo” é diminuir a tensão da rede 110V/220V para uma tensão ideal de trabalho (em média 30 V AC). Caso você possua um transformador de 24 V, sem derivação central, com uma corrente igual a 3 ampères, poderá utilizá-lo. Um transformador de 15 V x 15 V também poderia substituir o original de 12 V + 12 V, desde que com uma corrente de 3 A, mas este apresentaria uma tensão no secundário maior que o limite de entrada do regulador. Neste caso, um resistor teria de ser usado para provocar uma queda de tensão equivalente. Usando a lei de Ohm é possível chegar ao valor "ideal" para este resistor. Porém, acredito que o melhor é ficar dentro do recomendado já que isto foi testado! ;-)

A retificação é feita pela ponte de diodos D₁ a D₄, composta por diodos 1N5408 que suportam correntes de até 3 A. Como a retificação é feita em ponte, a derivação central do transformador não será utilizada. Pontes comerciais com correntes de até 3 ampères e tensões de até 100 V também podem ser empregadas neste projeto. Os diodos retificadores da série 1N4001 à 1N4007 não servem para esta aplicação, pois sua corrente de trabalho é de apenas “1” ampère.

O capacitor eletrolítico C₁ de 4700 µF atua como filtro inicial. Este capacitor pode ser substituído por dois eletrolíticos de 2200 µF ligados em paralelo caso você tenha dificuldade em encontrar o sugerido no meu projeto original. Para ambas as situações a tensão de trabalho deve ser de 50 V ou mais. O capacitor C₂ de 100 nF é do tipo poliéster com uma tensão de trabalho de pelo menos 100 V. Este capacitor atua como "filtro fino" e não deve ser omitido.

Todo o trabalho de regulagem da tensão e proteção (curto e sobre-carga) é feita por CI₁, um LM350. Trata-se de um regulador variável para tensões de 1,5 V a 30 V sob correntes de até três ampères.

O resistor R₂ e os potenciômetros P₁ e P₂ ajustam a tensão de referência para C₁. P₁ é o ajuste “grosso” da fonte e P₂ o ajuste “fino”. Os capacitores C₄ e C₅ atuam como filtros contra qualquer tipo de transiente que possa ter “passado” pelo estágio inicial (primeiro filtro - C1, C2). Os galvanômetros M₁ e M₂ podem ser do tipo bobina móvel. O uso dos mesmos garante maior facilidade no uso e também um acabamento mais próximo do “profissional”, porém estes galvanômetros são opcionais e podem ser omitidos do projeto. Neste caso, toda a calibração antes do uso deve ser feita com o auxílio de um multímetro, conforme descrito na figura abaixo.

MONTAGEM

Para montar a fonte, você poderá utilizar o lay-out fornecido na figura abaixo. Todos os componentes foram alocados na placa, exceto os potenciômetros e o LM350, que tem invólucro TO-3 (metálico). No mercado, também é possível encontrar o LM350 no invólucro TO-220. Ambos podem ser empregados, e abaixo você encontra a pinagem dos mesmos .

Dependendo do tipo do transformador obtido por você, uma das duas opções demonstradas na figura abaixo poderá ser seguida para a ligação da chave 110/220V. Alguns transformadores possuem apenas três fios em seu primário, geralmente nas cores verde, amarelo e vermelho para 0 V, 110 VCA e 220 VCA respectivamente (isso não é um padrão!). Para ligar a chave 110 V/220 V neste tipo de transformador, siga o esquema da "A". Outros transformadores possuem dois primários independentes para 110 VCA com quatro fios. Para ligar a chave 110V/220V nesse tipo de transformador, siga o esquema da "B".

Para ambos os casos, as cores dos fios podem variar de acordo com o fabricante. Consulte a caixa, manual ou instruções no próprio transformador. Na hipótese delas não existirem, consulte na loja sobre o transformador que está comprando. Assim, você evitará “surpresas” ao ligar seu transformador.

Tenha cuidado ao soldar os componentes polarizados como diodos e capacitores eletrolíticos. O regulador LM350 necessita de um bom radiador de calor, juntamente com suas buchas de isolação para os parafusos de fixação e "mica" para o corpo. O uso de pasta térmica na união do regulador ao radiador de calor é recomendável, e o conjunto deve ser montado preferencialmente do lado externo do gabinete para favorecer a troca de calor com o ambiente.

Os fios usados para ligar os potenciômetros, o regulador e os bornes de saída não devem ser finos demais, pois a corrente de três ampères é forte o bastante para aquecer fios finos e queimá-los.

Na abaixo você tem uma sugestão para o desenho do gabinete. Ele poderá ser metálico ou de plástico. Se optar por gabinetes metálicos, deverá lembrar-se de manter tudo muito bem isolado, para evitar curto-circuitos e outros problemas. Para gabinete de plástico essa dificuldade não existe, além do mesmo ser mais simples de se trabalhar (cortes e furações necessárias).

Use “knobs” de tamanhos ou cores diferentes para os potenciômetros de ajuste “grosso” e “fino”. Isso poderá ajudar na operação e melhora o acabamento final da fonte. Faça uma verificação minuciosa em tudo. Certifique-se que todas as ligações foram feitas e que tudo está correto. Tenha paciência neste momento. Isso poderá lhe poupar muita dor de cabeça. 

TESTE E USO

Para testar a fonte, posicione a chave 110V/220V para a tensão de sua rede local. Coloque os potenciômetros na posição central. Faça um jumper onde deveria estar o galvanômetro para medir a corrente (Amperímetro), conecte um multímetro na saída da fonte e ligue a mesma. Gire o potenciômetro de ajuste “grosso” e observe se ao girar para a direita a tensão aumenta e para esquerda a tensão diminui. Se estiver ao contrário, desligue a fonte e inverta os fios no potenciômetro. Esta inversão não deve ser feita na placa, mas no potenciômetro conforme indicado na figura abaixo. Faça a mesma verificação no potenciômetro de ajuste “fino”. Se algo parecer errado, proceda da mesma maneira, como já explicado.

Com tudo acertado nos potenciômetros você já pode instalar o galvanômetro para atuar como Voltímetro. Lembre-se que raramente estes são fornecidos "prontos". No máximo o fundo de escala estará de acordo com o desejado, mas a grande maioria precisará receber resistores de shunt, protetores e outros para operar coerentemente. Não vou entrar nestes detalhes aqui. Use a "Lei de Ohm" e você chegará ao que precisa. Você também poderá usar um "Voltímetro Digital" feito com um microcontrolador qualquer ou ainda usar um multímetro simples, devidamente desmontado e inserido na caixa da fonte. Para o amperímetro o mesmo pode ser feito com um multímetro ou ainda, galvanômetro ou "amperímetro digital". A escolha é livre!!!

Apenas lembre-se de manter o jumper no lugar do amperímetro, caso você não vá utilizar um instrumento no lugar. Sem isso, a fonte não terá qualquer tensão na sua saída! Ah, e o fio utilizado como jumper tem que suportar uma corrente igual a máxima fornecida pela fonte, 3A.

DICAS PARA ACABAMENTO

No meu protótipo ao invés de usar um galvanômetro para medir a tensão de saída, usei um outro projeto meu: o "Voltímetro PIC". Abaixo você pode ver algumas imagens do protótipo, além de um vídeo comprovando o funcionamento do mesmo (com o Voltímetro PIC operando em conjunto). O acabamento final ficou bem razoável com o uso de uma caixa plástica PB-209 preta, da fabricante Patola. Eu usei esta fonte durante um bom tempo até me desfazer dela. Atualmente a mesma está em operação na casa de um amigo.

Clique para ampliar

Caso você interesse em montar uma fonte nos mesmos moldes do meu prot, em downloads você encontrará um lay-out que eu preparei para fazer as furações nos painéis dianteiro e traseiro da minha caixa. 

CONCLUSÃO

Como você mesmo percebeu, é possível montar em casa nossos próprios equipamentos de bancada com qualidade razoável para exercer atividades de hobby e estudos dirigidos. Boa montagem e até a próxima!

DOWNLOADS:

Este projeto foi publicado, com minha autorização, na Revista Mecatrônica Fácil nº 20 de Janeiro/Fevereiro de 2005, com o nome "Fonte para bancada FMF-2"