Fonte variável para bancada com três saídas independentes – Atualização

 

    A princípio, eu montei essa fonte porque eu precisava de três tensões independentes para testar um circuito comparador de tensão, na primeira versão(1) como não tinha muito espaço na caixa eu aproveitei para testar uma montagem um pouco diferente, eu tinha um monte de componente retirado de sucata e não ia gastar muito nessa montagem então pensei, porque não montar logo uma fonte em vez de ficar montando tudo de qualquer jeito na bancada?

    Depois que montei, eu percebi que não tinha apenas uma fonte de três saídas, mas uma fonte simétrica também pois era só ligar duas saídas em série para ter uma tensão simétrica.

    Eu já montei uma fonte simétrica com regulador positivo e negativo(2) e não gostei muito do seu funcionamento, não da para usar a tensão positiva sem carga na tensão negativa se não a tensão não estabiliza. Não sei isso se acontece com outros circuitos de fontes simétricas, mas achei meio estranho isso.

    Eu também precisava de uma fonte de bancada simples para testar minhas montagens, como minhas montagens não costuma necessitar de muita corrente, eu usei o LM317 por causa da facilidade e simplicidade do circuito, além de que o regulador tem um monte de proteções.

    Esta atualização é baseada no circuito da fonte boa e barata(3) que desenvolvi para usar como fonte reserva de bancada, o esquema elétrico está na figura 1.

 

 Fig.1

 

    O circuito usa dois reguladores LM317 em paralelo para reduzir o problema da dissipação, mesmo eu montando circuitos de baixo consumo, se a tensão de alimentação for baixa a dissipação será alta.

    O circuito em si não tem muito segredo, o destaque está na retificação com a filtragem dos ruídos de alta frequência, os resistores R2, R3, R4 e R5 reduzem o tempo de recuperação dos diodos, os capacitores C2, C3, C4 e C5 filtram o ruído elétrico residual e para finalizar, os ferrites FB1, FB2, FB3 e FB4 filtram o ruído magnético.

    Os resistores R6 e R7 são usados para proteger os diodos na hora que liga a fonte, a filtragem principal é feita por um capacitor eletrolítico de 6800uF.

    R9 é o resistor de carga, esse resistor é constituído de dois resistores de 1k x 3W em paralelo, esse resistor é usado para descarregar o capacitor de filtro quando a fonte é desligada e manter a fonte estável quando ligada pois serve como carga mínima para a etapa sem regulagem.

    Dessa parte em diante todos os diodos são para proteção e os capacitores para filtragem, R10 e R11 constituem um divisor de tensão junto com o potenciômetro P1, R12 e R13 são usados para equilibrar a saída dos reguladores. Eu usei um potenciômetro de fio de 4W pois os baratos dão problema fácil.

    Os componentes D10, R14, C11, C12, C13 e C14 são todos soldados junto ao borne.

    Na figura 2 tem o esquema de ligação dos componentes da entrada até o transformador T1.

Fig 2


    O filtro AC é daqueles comuns que já vem junto da tomada de entrada, S1 é a chave principal enquanto S2 comuta entre 127V e 220V do enrolamento primário. TR1 é um transformador toroidal com três primários de 20V x 2A que reaproveitei da montagem anterior, assim a saída máxima que terei estabilizada é 15Vcc, futuramente irei modificar os secundários para aumentar a tensão de 20V para 25V, mas quem for montar, tem que usar a especificação do esquema.

    Além desse circuito eu adicionei uma simples fonte para dois ventiladores que pode ser visto na figura 3. Devido a sua simplicidade, não vejo necessidade de descrever esse circuito.

 

Fig. 3

 

Abaixo segue as fotos da fonte.


Foto 1


Foto 2


Foto 3


Foto 4


- Referências


(1) - https://blogdopicco.blogspot.com/2015/10/fonte-variavel-tres-saidas_25.html

(2) - https://blogdopicco.blogspot.com/2011/02/fonte-simetrica-12v-20v-x-1a.html

(3) - https://blogdopicco.blogspot.com/2023/03/fonte-boa-e-barata-para-bancada-com-o.html

 

 

Fonte boa e barata para bancada com o LM317

    Essa fonte é o resultado de anos usando fontes feitas com o famoso regulador LM317, depois de diversos circuitos e melhoramentos, esse circuito resume toda essa saga.
    As primeiras fontes que montei, eu usei o famoso 7812 e me serviu durante um bom tempo, até eu começar a me interessar por circuitos alimentados por outras tensões. Quando você é iniciante e não tem grana, não passa pela cabeça usar outro regulador para reduzir os 12V da fonte para outra tensão menor, assim surgiu a necessidade de usar uma fonte com saída variável.
    Com isso em mente, nada melhor que uma fonte usando o famoso regulador LM317 que possui uma tensão de saída variável, além de trabalhar com 1,5A em detrimento dos 1A do 7812.
    Desde então eu venho aprimorando o circuito em função do ganho de conhecimento que venho conquistando ao longo dos anos e acredito ter encontrado um equilíbrio entre uma fonte boa - no sentido de ser confiável, tanto na questão da durabilidade quanto na questão de emissão de ruído de alta frequência e ripple - e barata, que pode ser montada usando componentes retirados de sucata, assim o iniciante pode ter uma fonte em sua bancada sem o medo de que ela produza algum ruído que vá afetar o funcionamento do circuito ligado a ela a um preço bem camarada, essa fonte que montei foi praticamente custo zero, a única coisa que precisei comprar foi quatro resistores e no final acabei substituindo por quatro que retirei de sucata por causa da potência.

O circuito

    O circuito principal pode ser visto na figura 1 e a ligação do transformador na figura 2.

Fig. 1


    Todos esses componentes são fáceis de achar na sucata, portanto aquele que possui uma sucata em casa de onde pode extrair os componentes para suas montagens está economizando uma boa grana, além de ter a certeza de que os componentes são originais, quem aí nunca comprou um componente falso? Antigamente falsificavam muito transistor, hoje a falsificação migrou para quase todos os componentes. É fácil comprar um LM317 falso hoje em dia, por isso, quem pode achar na sucata tem a certeza que é de qualidade.


Fig. 2


    Esse circuito é baseado no clássico circuito com diodos de proteção que tem nos datasheets do LM317 e pode ser visto na figura 3. Não vou entrar em detalhes sobre esse circuito nesse artigo, mas se alguém quiser conhecer melhor esse circuito e os detalhes de cada componente pode ser visto nesse vídeo, o que fiz nessa fonte foi colocar dois reguladores em paralelo para melhorar a dissipação do regulador (o ideal seria três reguladores em paralelo) e melhorar a filtragem do ruído de alta frequência gerado na retificação.


Fig. 3


    Quanto ao circuito em si não tem muita novidade além da parte da retificação. F1 é uma proteção importante para a fonte por causa da limitação de corrente de cada regulador, a limitação típica de um LM317 é de 2,2A[1], sendo assim, uma carga pode drenar até 4,4A sem que a proteção do regulador entre em operação e com isso forçando muito o transformador a ponto de danificá-lo, F1 prove uma proteção mínima para o transformador.

    O circuito snubber formado por C1 e R1 reduzem o ruído da chave S1 ao ligar a fonte assim como reduz possíveis oscilações na tensão do secundário. A retificação é feita por D1, D2, D3 e D4, R2, R3, R4, R5 são usados para reduzir o tempo de recuperação do diodo(recovery time) e com isso reduzir as oscilações no chaveamento. C2, C3, C4 e C5 fazem a filtragem do ruído residual completando com duas gotas de ferrite de 9mm de comprimento (FB1, FB2, FB3, FB4) fazendo a filtragem da parte magnética do ruído, com isso, reduz drasticamente o ruído de alta frequência gerado na retificação. Essas gotas de ferrite foram retiradas de sucata de TV de tubo, eu usei duas em paralelo para evitar a saturação do ferrite em função da corrente, se quiser pode até colocar mais.

    R6 e R7 são usados para dar um pouco de proteção aos diodos retificadores na hora de ligar a fonte, como o valor do capacitor de filtro C6 é bem grande, quando liga a fonte, esse capacitor está descarregado e dessa forma é visto como um curto para a tensão CC, assim, quando a fonte é ligada, é como se tivesse um curto momentâneo na fonte, os resistores servem de carga e seguram a “porrada” do capacitor que ia para os diodos ao ligar a fonte.
R8 e D5 são usados para indicar que a fonte está ligada. R9 é um resistor de carga composto por dois resistores de 1k x 3W em paralelo, a função desse resistor é descarregar o capacitor de filtro quando a fonte é desligada e reduzir as flutuações de tensão quando a fonte está ligada.
    Dois reguladores LM317 são usados em paralelo, R10 e R11 formam o divisor de tensão com P1 que permite ajustar a tensão de saída, R12 e R13 são usados para equilibrar as correntes dos reguladores, os componentes restantes fazem a filtragem necessária e os diodos a proteção necessária, assim como R14 a carga mínima necessária para manter os reguladores funcionando corretamente, sem oscilações.
    
Montagem

    Na foto 1 é possível ver uma imagem panorâmica da montagem completa, eu reaproveitei a caixa de uma fonte reserva que tinha, na entrada AC da fonte eu usei um filtro que tem uma tomada padrão de pc, assim eu posso desplugar o cabo de força da caixa para ficar mais prático quando for mexer na fonte.
    Repare que a fiação de alta tensão passa por um lado e a fiação de baixa tensão por outro lado, essa é uma prática comum nesse tipo de montagem, isso evita qualquer problema causado pela indução e a montagem fica mais limpa e organizada.

Foto 1


    Na foto 2 tem o detalhe na etapa do primário, eu não usei a chave 127/220V nessa montagem, eu isolei o fio de ligação do 220V e liguei direto o 127V, fiz isso porque eu não tenho motivos para ligar a fonte em outro lugar a não ser aqui na minha bancada, sendo assim, se futuramente eu precisar me mudar para um local que só tenha 220V, é só desligar o fio do 127V(amarelo) e ligar o fio do 220V(vermelho) no lugar.

Foto 2


    Na foto 3 tem a vista interna do painel, do lado esquerdo tem os fios de ligação do interruptor geral, nesse caso eu usei um interruptor que já tinha e que interrompe os dois fios da entrada AC e não apenas um fio como mostra S1 na figura 2, esse tipo de interruptor é mais seguro e é preferível caso alguém queira usar na montagem. No centro tem o potenciômetro e na direita tem a placa que foi soldada no borne, nessa placa tem os componentes da saída e a ligação da saída da placa principal que eu usei fio litz por ser bastante flexível e ter uma resistência baixíssima comparado com um fio comum de mesma bitola.
    Na foto 4 tem o detalhe do capacitor de filtro, na foto 5 tem o painel traseiro da caixa reaproveitada, usei uma chapa por dentro para tapar o “buraquinho” , só ficou a tomada de entrada.
    Na foto 6 tem o painel frontal, tudo muito simples, futuramente pretendo colocar um medidor de tensão e corrente para facilitar, mas por enquanto está muito bom.
 Nesse vídeo é possível ver o teste final de carga dessa fonte, tive alguns problemas na finalização da montagem pois tive que fazer uns ajustes no circuito, mas no final deu tudo certo.
    Essa montagem vai servir de referência para o melhoramento da minha fonte de bancada com três saídas independentes, pretendo fazer mais três placas dessa para substituir as outras placas com apenas um regulador, mas isso fica para um próximo artigo.

Foto 3



Foto 4



Foto 5



Foto 6




Referências:

[1] - (Io) Maximum load current »» ver datasheet do LM317

 

Fonte de baixo ruído para receptores

    As fontes lineares são conhecidas por serem “silenciosas” em relação ao ruído de alta frequência quando comparadas às fontes chaveadas, mas elas não são tão silenciosas assim.

    Fontes lineares são minhas preferidas desde que iniciei na eletrônica, até então eu nunca tive problema de ruído num receptor, não até eu montar o Mangava, um receptor regenerativo que tive problema de ruído causado pela retificação, desde então eu venho estudando sobre o assunto, com isso tive uma ideia para um projeto de fonte de alimentação com baixo ripple e baixo ruído de RF para que no futuro, quando precisar de uma fonte de alimentação confiável para usar no lugar de baterias, se eu ouvir ruído no receptor, vou ter a certeza de que não é da fonte de alimentação.

O Circuito

    O esquema da fonte pode ser visto na figura 1.

 

Fig. 1

 

    Eu tentei usar o máximo possível de componentes simples que podem ser encontrados na sucata, assim fiz na minha montagem, com exceção dos resistores na retificação, todos componentes foram retirados de sucata, isso garante a boa procedência dos componentes.
    A tensão mínima de entrada é de 24VAC, assim, não é recomendado uma tensão muito alta para não comprometer a dissipação de potência no regulador IC1.
    Todos os resistores são de ¼ de watt salvo indicação, todos os capacitores despolarizados com exceção de C1 são de cerâmica.
    Na entrada do retificador temos um circuito snubber composto por C1 e R1, esse circuito reduz o ruído da chave geral ao ligar a fonte assim como amortece alguma eventual oscilação na tensão do secundário.
    A retificação é feita por D1, D2, D3 e D4 que são retificadores de 2A x 100V(mín.), os resistores R2, R3, R4 e R5 ajudam a reduzir o tempo de recuperação dos diodos a fim de reduzir as oscilações de alta frequência, os capacitores C2, C3, C4 e C5 fazem a filtragem de todo o ruído restante juntamente com FB1 e FB2 que são duas contas de ferrite retiradas de sucata de TV de tubo.

    A etapa de filtragem é feita por C6 acompanhado pela resistência de carga R6, esse último é conhecido como resistor de sangria.
    A estabilização da tensão é feita por dois reguladores LM317 em série, dessa forma conseguimos uma ótima estabilidade de tensão e um baixíssimo nível de ripple na saída. Os componentes ao redor dos reguladores são do circuito padrão do datasheet do regulador, para mais detalhes sobre esses componentes, veja a teoria completa nesse vídeo.

    Os capacitores C9 e C12 são de tântalo e podem ser substituídos por dois capacitores eletrolíticos de 25uF/35V. O resistor R10 é opcional, adicionei para evitar qualquer tipo de oscilação de IC1 por falta de carga, a carga mínima do LM317 é de 3,5mA.
    O diodo D10 é usado para descarregar L1. O indutor L1 pode ser qualquer indutor enrolado em uma barra de ferrite ou toroide de fonte chaveada que tenha pelo menos 1mH, é usado como filtro DC em conjunto com C13, C14 e C15. Esse indutor é bastante comum em sucata de toca CD de carro, ele fica bem na entrada de alimentação. FB3 é usado na saída para evitar qualquer ruído de componente magnético que possa entrar pelo borne e afetar os reguladores.
    Os componentes C16, C17, C18, C19 e R13 foram soldados numa placa junto ao borne de saída, isso garante uma melhor filtragem assim como também ajuda na estabilidade de todo o circuito. Note que os capacitores C16 e C18 são do tipo Y2 de alta tensão e estão ligados ao terra da tomada, são encontrados na maioria das sucatas de fontes chaveadas. Nessa fonte eu preferi usar um borne de terra no painel para ter um terra disponível para o receptor assim como para desacoplar C16 e C18.
    A etapa do transformador, chave e fusível eu não adicionei ao esquema por ser simples e fácil de ligar, a única observação é quanto ao fusível usado no primário. Para um transformador de 24V x 1,5A o fusível deve ser de 300mA. Eu utilizei um filtro de rede na entrada AC, isso é muito importante para reduzir o ruído que possa entrar pelo cabo de força.
    Abaixo é possível ver as fotos da montagem final.


Foto 1

Foto 2

Foto 3

Foto 4

Detalhes da montagem


    A montagem não tem muito segredo por trabalhar em baixa frequência, mas mesmo assim devemos evitar cabos em paralelo, todos os cabos usados nas ligações do primário do transformador(alta tensão), devem ficar o mais longe possível dos cabos do secundário em diante(baixa tensão), isso é muito importante para evitar acoplamentos indesejados. Na foto 1 da pra ver como fiz com os cabos. O cabo de força eu usei uma malha para blindar, essa malha foi retirada de um cabo coaxial de 75 ohm de antena, ela é conectado ao terra apenas em um dos lados.
    Na foto 2 é possível ver a placa que fica soldada os bornes e componentes da saída da fonte, o borne que usei possui duas porcas, uma delas é usada para fixar o borne no painel e a outra é usada para fixar a placa, as porcas foram lixadas e depois de bem apertadas eu soldei para dar uma melhor  conexão com a placa, para fazer a ligação dessa placa com a placa principal eu usei conectores fast e fio litz, o fio litz foi por causa da flexibilidade e baixa resistência.
    A foto 3 mostra como ficou a fonte depois de finalizada, eu reaproveitei uma caixa de receptor de parabólica, usei uma chapa que tinha aqui para fazer o painel. Não quis incrementar muito, só o básico para um bom funcionamento.
    Na foto 4 mostra o detalhe de ligação do terra da tomada. O terra que vem da tomada passa por um toroide para bloquear o ruído em modo comum(3 espiras é suficiente) e é ligado o mais próximo possível assim que entra na caixa, desse ponto sai o terra para desacoplar C16 e C18 e também o aterramento do malha que blinda os fios da chave geral, todos ligados no mesmo ponto.
    Um detalhe bastante importante se refere ao negativo de ligação usado no potenciômetro R11, essa ligação é de extrema importância para a estabilidade de IC2 e deve ser ligado no borne de saída, na foto 2 é possível ver a malha que usei para essa ligação.
    Depois de tudo pronto e finalizado, é feito o ajuste na tensão de saída de IC1 para 18V por meio do trimpot R7, depois o potenciômetro R11 faz o ajuste final da tensão. É bom lembrar que com o valor de R11 a tensão de saída deve passar dos 15V, assim fica por conta do montador limitar a tensão quando ajusta ou pode optar em usar um resistor em paralelo com R11 de aproximadamente 3k3, o valor exato deve ser experimentado.