Fonte de alimentação simétrica 12v

Uma fonte simétrica tem o objetivo de transformar o sinal da rede (senoidal de 220V ou 110V) em dois sinais contínuos (DC) de polaridades opostas, justificando assim o nome “simétrico”. No caso da fonte projetada, os sinais são de +12 Volts e -12 Volts. Para facilitar o entendimento, a fonte é dividida em etapas: primeiro, o transformador; em seguida, a ponte retificadora completa de diodos; a filtragem capacitiva; e, por fim, a regulagem de tensão. A Figura abaixo ilustra o diagrama de blocos da fonte.

No Brasil, as concessionárias de energia elétrica fornecem tensões nominais de linha de 127 V rms em algumas regiões e 220 V rms em outras regiões com frequência de 60 Hz. A tensão real medida nas tomadas pode variar cerca de 5 % dependendo da localidade e de outros fatores. A tensão de linha é muito alta para a maioria dos circuitos usada nos equipamentos eletrônicos. É por isso que usamos geralmente um transformador no circuito da fonte de alimentação de quase todos os equipamentos eletrônicos. O transformador abaixa a tensão da linha para um nível seguro, mais adequado para o uso com diodos, transistores e outros dispositivos a semicondutores. (MALVINO, 2016).

A Figura abaixo mostra um exemplo de transformador com center tape. A bobina da esquerda representa o enrolamento primário e a bobina da direita representa o enrolamento do secundá- rio. N1 representa o número de espiras do enrolamento primário e N2 o número de espiras do secundário. As duas linhas verticais que estão no centro das bobinas apontam que as espiras estão enroladas em um núcleo de ferro.

O transformador:

Uma maneira simples de acoplar duas etapas de um circuito que permite casar de forma ideal suas impedâncias é a que faz uso de um transformador. O rendimento na transferência de um sinal usando este processo pode chegar a 90%, o que é muito bom se desejarmos obter o máximo de um circuito. A tensão induzida no secundário é dada por:

A equação acima informa que a tensão no secundário é igual à tensão no primário multi- plicada pelo inverso da relação de espiras.

Quando se trata de transformadores os termos elevador e rebaixador são encontrados. Esses termos estão relacionados com a relação entre N1 e N2. Ou seja, quando o número de voltas do primario for maior que o do secundario será um transformador rebaixador. Em um transformador elevador o inverso acontece.

O transformador utilizado tem uma terra central no enrolamento secundário, representado como T2. (Fio preto) como mostra a Figura 2. Por causa deste terra central, o transformador gera uma tensão de entrada igual à metade da tensão do secundário. Ou seja, o transformador reduz a amplitude da senóide para a tensão desejada e gera duas senoides idênticas com defasagem de 180 graus entre elas. Para o transformador do projeto foi escolhido uma tensão no secundário de 24 Volts (CA), ou seja, +12 V (CA) e -12 V (CA).

Retificador de onda completa com tomada central em ponte:

Por causa dessa tomada central, o circuito é proporcional a dois retificadores de meia onda. O retificador superior retifica o semiciclo positivo da onda, enquanto o retificador inferior retifica o semiciclo negativo. A Figura acima ilustra o esquemático do retificador em onda completa que funciona da seguinte forma: O diodo D1 conduz o semiciclo superior positivo da primeira seneoide que vai para o capacitor C1 e descarrega no terra e o diodo D3 conduz ao mesmo tempo o semiciclo inferior negativo da outra senoide que vai para o capacitor C2 e descarrega no terra. O próximo momento é a inversão da polaridade das senoides. Neste momento o retificador superior gera um semiciclo negativo e o diodo D1 não pode conduzir pois está reversamente polarizado e o único caminho livre é pelo diodo D2, assim gerando outro pulso negativo que vai para o capacitor C2 e descarrega na terra. E ao mesmo tempo o retificador inferior gera um semiciclo positivo e o diodo D3 não pode conduzir pois está polarizado reversamente e o único caminho livre é pelo diodo D4, assim gerando outro pulso positivo que vai para o capacitor C1 e descarrega no terra. Este loop de pulsos positivos e negativos fica até interromper o funcionamento da fonte. A Figura abaixo mostra os dois sinais retificados em onda completa. O sinal com a cor rosa representa o semiciclo positivo e o sinal verde o semiciclo negativo.

Filtro com capacitares:

A tensão de saída do retificador é alternada, tanto para o semiciclo positivou como para o semiciclo negativo. E a maioria dos circuitos eletrônicos necessita de uma tensão continua (cc) para funcionar. Para converter este sinal de ac para cc é necessário aplicar um filtro.

Uma forma simples de reduzir as oscilações da onda retificada é utilizar um capacitor de filtro. O filtro de entrada com capacitor tem a característica de produzir uma tensão CC na saída igual ao valor de pico da tensão retificada. Ou seja, a tensão de pico (Vp) e negativa (-Vp) dos dois sinais retificados. A Figura 6 ilustra os dois sinais filtrados.

Para calcular a tensão de pico a pico da ondulação de qualquer filtro de entrada com capacitor é usado a seguinte fórmula:

Para facilitar o entendimento da fonte podemos ver com facilidade no osciloscópio o que ocorre com os sinais, conforme a abaixo. O sinal em amarelo é a senoide da rede elétrica de 220 volts, o sinal em azul é o sinal da rede rebaixado para 12 volts, os sinais em verde e roxo são os sinais filtrados. Faltando o sinal rebaixado com defasagem de 180 graus de 12 volts, devido ao osciloscópio possuir apenas quatro entradas.

O sinal filtrado parece continuo mas na realidade não é. Ele tem uma leve ondulação. Com o capacitor de 1000 uf para filtragem o simulador Multisim não mostrou variação alguma. Porém no osciloscópio físico foi possível visualizar está pequena variação, que é chamada de ripple.

Regulador de tensão:

A Figura acima ilustra a fonte com o CI regulador de tensão. O CI regulador de tensão é um tipo de circuito integrado, no esquemático da fonte este componente fica entre o capacitor de filtro e a carga. Este dispositivo tem a função de reduzir a variação de ripple e mantém a tensão CC de saída constante. Foi usado o CI LM7812 para a tensão positiva e o CI 7912 para a tensão negativa. Os dois reguladores geram uma tensão de 12 volts, porém simétricos. A Figura abaixo ilustra todos os sinais.

Monte essa fonte para alimentar o seu sintetizador!