Uma Fonte Simétrica e Ajustável para sua bancada
A intenção inicial de apresentar a construção de uma fonte simétrica e ajustável era sugerir aos alunos do meu Curso Eletrônica Básica um pequeno projeto que eles pudessem montar e tivesse como aplicação principal os reguladores integrados LM317 e LM337 que já haviam sido estudados em uma das aulas.
Como muitos alunos não têm facilidade para compra de componentes em lojas físicas em suas regiões, a ideia de kit parecia mais adequada.
Vasculhando o Ali Express acabei encontrando um kit que incluía a placa de circuito impresso e tinha um custo bastante razoável.
Assim, os alunos iniciantes poderiam aproveitar a oportunidade para praticar a técnica de soldagem e construir sua própria fonte pelo prazer de poder dizer – “eu aprendei e fiz”.
Este artigo e vídeo têm a finalidade de apresentar, além da análise do circuito, algumas modificações simples que irão melhorar a performance final além de poder ser útil não apenas para alunos mas, também para hobistas e técnicos por ai.
Fig. 1 – Kit de Fonte Simétrica Ajustável com LM317 e LM337
Antes, porém talvez valha a pena explicar o que é uma fonte simétrica, às vezes, chamada de fonte dual, pois já vi algumas bobagens sobre o assunto em grupos do facebook com gente até chamando de “fonte invertida”!
O que é uma fonte simétrica ou fonte dual?
Todo estudante ou técnico em eletrônica sabe que uma fonte DC possui, basicamente, dois terminais – um positivo e um negativo.
Até ai morreu Neves, como diz o ditado.
Na maioria das vezes, o terminal negativo é utilizado como referência para todo o circuito costuma ser denominado ground ou GND, entretanto nem sempre é assim.
Aqui abro um parêntese, há quem chame também de “terra”, mas prefiro chamar de ground para que não seja confundido com o terra da rede elétrica que é outra coisa.
Voltando à fonte simétrica ou dual, um exemplo clássico de aplicação destas fontes são os circuitos de amplificadores de potência com saída complementar que utilizam simultaneamente transistores NPN e PNP.
Na fig. 2 temos a construção de uma fonte simétrica feita com duas baterias.
Fig. 2 – Fonte simétrica ou fonte dual
À primeira vista pode parecer tratar-se apenas de duas baterias em série, mas observando com mais cuidado vemos que o terminal de referência, utilizado como GND, é o ponto de encontro do negativo de B1 com o positivo de B2.
Sendo assim, o terminal A de B1 fica positivo em relação ao GND, enquanto o terminal B de B2 fica negativo.
Na vida tudo é relativo, até o ground. Depende da referência que se escolha.
Podemos utilizar as duas fontes separadamente no modo simétrico, apenas uma ou as duas em série, a depender do circuito que se vai alimentar. Simples assim!
Suponhas que B1 e B2 sejam respectivamente de 9V.
Se não consideramos o terminal GND teremos 18V entre A e B.
O circuito do módulo da Fonte Simétrica e Ajustável
Resolvi comprar o kit para ver a viabilidade de recomendá-lo aos alunos.
Ainda bem que fiz isto.
O dito cujo não trouxe um esquema, nem tão pouco uma lista de peças o que complicaria bastante a vida de um principiante.
Para sanar este problema desenhei um esquema que está na fig.3 e vou tecer algumas considerações para que não seja uma montagem apenas e que ao realizá-la você saiba o que está a fazer.
Não se trata de montar por montar.
É preciso, insisto, saber o que se está a fazer assim, se algo não funcionar como deveria ou algum dia a coitadinha (da fonte) ficar “doente” você saberá como “curá-la” e não precisará ficar recorrendo aos oráculos de plantão na Internet ou àquelas videntes que anunciam nos postes que “trazem o seu amor em três dias”. Elas não irão ajudá-lo, só entende de “amor” e não de fontes simétricas!
Como mencionei acima, na fig.3 temos o circuito que eu desenhei tomando por base a PCI do kit da fonte simétrica ajustável que utiliza os reguladores LM317 e LM337.
Fig. 3 – Circuito de Fonte Simétrica Ajustável
Comecemos por analisar a parte mostrada dentro do retângulo vermelho pontilhado onde temos o circuito de retificação com a ponte KPB 307 fornecida no kit.
O estudante ou técnico pouco atento poderá pensar, a priori, que temos uma retificação em ponte por conta da configuração dos quatro diodos mostrados na fig.3, o que é um erro.
Um olhar mais aguçado mostrará que temos dois circuitos retificadores de onda completa em meia ponte e o pulo do gato para perceber isto é que o transformador possui uma derivação central.
Retificação em ponte não utiliza transformador com derivação central como você aprendeu nas minhas aulas de Eletrônica Básica.
Os diodos D1 e D2 são responsáveis pela retificação da parte positiva da fonte enquanto, D3 e D4 formarão a parte negativa, em relação ao GND comum que é o center tape do secundário do transformador. Estes quatro diodos estão “escondidos” dentro da ponte KPB307 que vemos na fig.4.
Fig.4 – PCI para montagem da fonte
O fabricante do kit não informa qual a tensão máxima permitida para o secundário do transformador, entretanto, um Técnico em eletrônica descobre isso pela tensão de isolamento de 35V dos capacitores de filtro CD2 e CD4 que foram fornecidos com o kit.
Se multiplicarmos 35V por 0,707 encontraremos 24,745V que é a tensão máxima permitida para cada metade do enrolamento secundário.
Para trabalhar com folga sugiro utilizarmos um transformador com secundário 18V + 18V que é um valor comercial e nos dará um valor de pico igual 25,38V.
Precisamos ainda determinar a potência do transformador.
Analisando os data sheets dos reguladores LM317 e LM337 vemos que eles suportam no máximo, 1,5A.
Sendo assim, um transformador para 2A estará de bom tamanho.
Os data sheets dos reguladores sugerem Vin – Vout = 3V para uma boa regulação, logo usando o transformador sugerido (18V+18V) a fonte poderá ter a saída ajustada aproximadamente entre 1,25V e 22V ou -1,25V e -22V sobre uma carga máxima de 1,5A.
Aumentando a tensão de saída
Ainda analisando os data sheets dos reguladores vemos que a tensão de entrada máxima permitida para eles é 40V ou -40V, embora seja sugerido usarmos 37V ou -37V o que nos dá a possibilidade de ajustar a tensão máxima de saída até 34V ou -34V, aproximadamente, se usarmos um transformador com tensão maior que 18V+18V no secundário.
Para obtermos uma tensão DC de 37V nosso transformador deverá ter um secundário que forneça, aproximadamente, 26V + 26V.
Se não sabe como cheguei a este valor sugiro que leia meu artigo na edição de agosto de 2022 na Revista Antenna que está disponível aqui no blog.
Fica então, a sugestão, para quem quiser, utilizar um transformador de 24V + 24V para 2A que pode ser encontrado, com facilidade, comercialmente.
Cuidado – Não exploda os eletrolíticos
O kit veio com eletrolíticos de 4700µF para 35V e caso opte por usar um transformador maior deverá trocar, OBRIGATORIMANTE, CD1 e CD2 para 4700µF/50V ou 63V.
Entretanto, podemos ter uma complicação para conseguir capacitores com diâmetro adequado, n máximo18mm, para que possam ser instalados na PCI.
Se forem mais “gordinhos” terão que ficar pendurados fora da PCI. Nada grave, apenas um complicador a mair.
Mais uma modificação – o ajuste das tensões de saída
Originalmente temos dois trimpots multivoltas de 5kΩ para ajustar as tensões de saída.
Entretanto, não é muito prático usar trimpots para uma fonte de bancada por isso, eu preferi substituí-los por dois potenciômetros lineares de mesmo valor ligando alguns fios na placa que irão aos potenciômetros.
Melhor ainda seria usar um potenciômetro duplo, assim ajustamos as duas tensões simuladamente.
Outra modificação – a instalação dos reguladores de tensão
Sugiro fortemente que os reguladores LM317 e LM337 não sejam instalados diretamente na PCI por duas razões.
A primeira é que, por ser uma fonte de bancada, há muita chance de, em qualquer bobeada, queimarmos estes componentes.
Como a PCI é dupla face corremos o risco de danificá-la ao tentar substituí-los.
A segunda razão se refere aos dissipadores de calor.
Observei que eles não são suficientes para dissipar o calor dos reguladores quando puxamos uma corrente próxima de 1,5A o que fará a tensão de saída começa a cair.
Preferi utilizar dissipadores maiores externamente à PCI e neste caso talvez seja necessário utilizar isoladores pois, a aleta de dissipação está ligada ao pino 2.
Assim, se utilizarmos um caixa metálica para alojar a fonte, provocaremos um curto circuito uma vez que no LM317 o pino 2 é saída, enquanto no LM337 é entrada.
Lista de Componentes que o fabricante do kit não forneceu
C4 – 0,1µF/275V
C1 – C2 – C3 – C5 – C6 – C7 – 100nF/100V
CD2 – CD4 – 4700µF/35V (*)
CD3 – CD5 – 56µF/50V
CD1 – CD2 – 330µF/50V
VD1- VD2 – VD3 – VD4 – 1N4007
R1- R4 – 220Ω – 1/8W
Ponte Retificadora KPB307
Trimpots 5kΩ
LM317 e LM337
Partiu montagem e testes
Todos estes cuidados e observações tendo sido tomados é chegada a hora da montagem e dos testes.
Aqui vai uma sugestão para marinheiros de primeira viagem.
Faça a montagem a moda Jack, por partes.
Primeiro monte o circuito de retificação e filtro. Ligue e teste.
Se, “não deu ruim” parabéns.
Monte a parte referente ao LM317 e novamente, teste.
Nenhuma fumacinha até agora?
Partiu montagem do LM337.
Usando o “método Jack” ficara mais fácil descobrir uma” falha” eventual na montagem.
Finalmente chegou a hora de ver se tudo junto funciona como manda o figurino, mas isso veremos no vídeo que acompanha o artigo.
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