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TCNICO EM MECATRNICA

DANIEL ALVES ROSA

GUILHERME FERREIRA LOURENO

LEONARDO A. P. LOPES DA SILVA

RANIERI DE ANDRADE ALVES

SAMUEL UZAN DA CUNHA

FONTE DE ALIMENTAO

So Jos dos Campos SP

2014

DANIEL ALVES ROSA

GUILHERME FERREIRA LOURENO

LEONARDO A. P. LOPES DA SILVA

RANIERI DE ANDRADE ALVES

SAMUEL UZAN DA CUNHA

FONTE DE ALIMENTAO

Projeto apresentado como exigncia para avaliao final do Trabalho Interdisciplinar do Curso Tcnico em Informtica da ETEP.

ORIENTADOR: ___________________

So Jos dos Campos SP

2014

DANIEL ALVES ROSA

GUILHERME FERREIRA LOURENO

LEONARDO A. P. LOPES DA SILVA

RANIERI DE ANDRADE ALVES

SAMUEL UZAN DA CUNHA

FONTE DE ALIMENTAO

Projeto apresentado como exigncia para avaliao final Trabalho Interdisciplinar da ETEP, sob a orientao do prof. Eduardo Carvalho dos Santos.

DATA: ___/____/____

RESULTADO: _____________________

BANCA EXAMINADORA

Prof. Carlos Alberto Mendona

ETEP Faculdades

Assinatura: __________________________________________________________________

Prof. Eduardo Carvalho dos Santos

ETEP Faculdades

Assinatura: __________________________________________________________________

Prof. Luis Eduardo Macias Delgado

ETEP Faculdades

Assinatura: __________________________________________________________________

DEDICATRIA

A todos que nos apoiaram e acreditaram em nossa capacidade, e aos funcionrios da escola.

Tambm aos nossos pais, que lutam constantemente para manter-nos no colgio, dando incentivo e investindo em nossos futuros. Se chegamos at aqui, no foi s por nossa capacidade, mas sim, pelo suporte que recebemos dos pais em nossos lares.

AGRADECIMENTOS

A

Deus

Agradecemos ao Pai e a Seu Filho Jesus Cristo pela graa de conhec-lo e pela vida abundante que h Nele.

Tambm somos gratos a Deus por estar sempre ao nosso lado, principalmente nas horas mais difceis, ensinando-nos a ser perseverantes e unidos, atravs da ao do Esprito Santo. Que tua constante presena ilumine sempre nosso caminho!

Aos

Colegas

A todos os colegas que vivenciaram e compartilharam com mais uma vitria de nossa longa caminhada, pois quem tem verdadeiros amigos nunca est sozinho. Tanto nos momentos de alegria quanto nos de tristeza eles foram sensveis e deram-nos suporte suficiente para superarmos as crises.

Aos

Mestres

Nossa eterna gratido, pois atravs da dedicao de vocs que fomos instrudos e encorajados a realizar este sonho. Hoje as sementes que vocs plantaram esto dando frutos, por consequncia de um trabalho rduo realizado com sucesso.

RESUMO

O nosso objetivo nesse trabalho foi construir uma fonte de alimentao, para que possamos exercer a sua funo em projetos pessoais. A fonte de alimentao um componente eletrnico usado para alimentar circuitos com a tenso necessria para o bom funcionamento do circuito.

Para construir a fonte de alimentao passamos por 4 fases, a primeira foi o processo de projetar a localizao de cada furo na caixa, a segunda parte foi furar a caixa, a terceira parte foi montar o circuito na placa e a ultima parte foi a solda dos componentes fazendo uma ligao entre eles para o bom funcionamento da fonte de alimentao.

A nossa fonte passou por alguns problemas, medimos a tenso que saa dos boards e vimos que a tenso que saa era menor do que a esperada e descobrimos que o problema estava no transformador que no permitiu a sada da tenso correta nos boards, mesmo que o led ligasse normalmente a tenso no era correta, quando trocamos o transformador, a tenso que saa dos boards se normalizou e atendeu as nossas necessidades.

ABSTRACT

Our goal in this work was to build a power source, so we can carry out their work on personal projects. The power supply and an electronic component used to power circuits with the voltage required for proper operation of the circuit.

To build the power supply went through four phases, the first was the process of designing the location of each hole in the box, the second part was sticking the box, the third part was assembling the circuit on the board and the last part was the soldering components of making a connection between the components for the proper operation of the power supply.

Our source has undergone some problems, we measured the tension of the skirt boards and seen that the exit tension was smaller than the expected and found that the problem was not allowed in the transformer output voltage on the right even if the LED boards normally would link the tension was not right when we changed the transformer, the voltage coming out of the boards normalized and met our needs.

SUMRIOINTRODUO11FUSVEL123. TRANSFORMADOR124. DIODO135. CAPACITOR136. REGULADOR DE TENSO147. RESISTOR158. HISTRIA DO DIODO159. HISTRIA DO TRANSFORMADOR1610. HISTRIA DO FUSVEL1711. HISTRIA DO CAPACITOR1812. HISTRIA DO REGULADOR DE TENSO1913. HISTRIA DA FONTE2014. FONTE DE ALIMENTAO LINEAR2115. FONTE CHAVEADA2216. UTILIZAO DA FONTE CHAVEADA2316.1 TRANSFORMADORES ELETRNICO PARA LMPADA DICROICA2316.2 FONTES DE COMPUTADOR2417. COMPARAO DAS FONTES2518. MATERIAL UTILIZADO2719. CONCLUSO2820. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS29

NDICE DE FIGURAS

Figura 1- Fusvel12

Figura 2- Transformador12

Figura 3- Diodo13

Figura 4- Capacitor13

Figura 5- Reguladores de tenso14

Figura 6- Resistores14

Figura 7- John Ambrose Flaming15

Figura 8- Nicholas Callan16

Figura 9- Thomas Edison17

Figura 10- Experincia da garrafa18

Figura 11- Logo da SIEMENS em 193219

Figura 12 - NASA 196220

Figura 13 - Circuito da fonte de alimentao linear esquematizado no diagrama de blocos21

Figura 14 - Fonte chaveada21

Figura 15 - Fonte chaveada para lmpada dicroica22

Figura 16 - Lmpada dicroica22

Figura 17 - Fonte de computador23

Figura 18 - Kit de montagem de uma fonte de alimentao26

NDICE DE TABELAS

Tabela 1 - Comparativo entre os dois tipos de fontes25

1. INTRODUO

Com esse trabalho, explicaremos como nosso projeto funciona, do que constitudo, seu objetivo explicar de forma clara, todo o projeto para o entendimento do leitor desta pesquisa.

O tema do projeto a fonte de alimentao, que um dispositivo composto por vrios componentes eletrnicos, organizados de uma forma especfica, para obter xito no objetivo do equipamento, nela esto presentes: um transformador (responsvel por aumentar ou reduzir a tenso), um circuito retificador, um filtro capacitivo e um regulador de tenso.

A fonte de alimentao tem como objetivo modificar a corrente alternada para a corrente contnua, possibilitando alguns aparelhos de funcionar, ela que fornece energia eltrica para os componentes do equipamento. A fonte est presente em todo equipamento eletrnico, desde uma grande televiso, at um celular, um computador, todo aparelho contm uma fonte de alimentao.

2. FUSVEL

O fusvel tem uma importante tarefa de segurana de todo o circuito, ele tem a funo de interromper a corrente eltrica quando a mesma exceder o permitido pelo fusvel, assim ele evita um curto-circuito e no queima o resto dos componentes. Determinados fusveis so compostos apenas por uma liga metlica, normalmente o chumbo, que quando a corrente ultrapassa o permitido, ele se funde e interrompe a corrente evitando a queima dos componentes do circuito.

Figura 1- Fusvel

3. TRANSFORMADOR

O transformador um dispositivo indispensvel que transmite a energia eltrica de um circuito ao outro, levando tenses, correntes e altera valores. Ele feito de vrias bobinas de cobre eletroltico e um verniz isolante, o ncleo composto por ferromagntico. Existem vrios tipos de transformadores, no projeto em questo, usamos o transformador com ncleo de ferro.

Figura 2- Transformador

4. DIODO

O diodo a parte do circuito que transformar a corrente alternada (AC) para a corrente contnua (CC), a funo dele deixar correr eltrons em apenas um sentido. Existem vrias maneiras de projet-lo num circuito. Ele composto por silcio ou germnio semicondutor.

Figura 3- Diodo

5. CAPACITOR

composto por placas metlicas (em geral o alumnio) separadas por um material chamado dieltrico (geralmente o xido de alumnio) encharcado em eletrlito lquido. O tamanho deste componente varia de acordo com a capacidade de tenso que ele suporta. A funo deste componente o armazenamento de cargas eltricas.

Figura 4- Capacitor

6. REGULADOR DE TENSO

Este componente normalmente constitudo por semicondutores (diodo zener), sua funo a manuteno da tenso no final de um circuito, ele conserva a tenso dentro dos limites determinados pela bateria do sistema alimentado.

Figura 5- Reguladores de tenso

7. RESISTOR

O resistor um componente eltrico utilizado no circuito para limitar a corrente eltrica em um circuito. Eles so fabricados basicamente de carbono (material isolador) com duas hastes de um material condutor.

Figura 6 - Resistores

8. HISTRIA DO DIODO

Durante a sua pesquisa para construir uma lmpada, Thomas Edison fez uma experincia que no deu importncia e que mais tarde veio a originar o diodo, ele observou que se colocasse um fio metlico no topo da lmpada, ligado a um potencial positivo, mostrava um fluxo de eltrons (corrente), cujo fluxo dependia da temperatura do filamento incandescente. Com potencial negativo o fluxo cessava.

O diodo foi inventado por John Ambrose Fleming, no ano de 1904, ele teve acesso a essa experincia durante uma visita ao laboratrio de Thomas Edison. Atualmente o diodo um componente eletrnico indispensvel, constitudo por uma juno de materiais semicondutores: germnio e silcio, o germnio do tipo N, que tem excesso de eltrons, o silcio e do tipo P, que tem excesso de lacunas.

Quando polarizado diretamente, os diodos permitem com facilidade a passagem de corrente em um sentindo e exerce uma grande resistncia a passagem no sentido contrrio. Isso um fenmeno fsico, e pode-se definir que o diodo age da mesma forma que uma chave eltrica, ou seja, quando o diodo est polarizado diretamente, a chave est fechada, existe conduo de corrente em uma certa direo e a tenso entre os terminais da chave. J quando a polarizao reversa, a chave fica aberta, h uma queda de tenso entre os terminais e no existe passagem de corrente.

Uma das principais aplicaes dos diodos semicondutores como fonte de alimentao, j que ele permite que o fluxo da corrente ocorra em apenas uma direo.

.

Figura 7- John Ambrose Flaming

9. HISTRIA DO TRANSFORMADOR

O primeiro tipo de transformador usado de maneira generalizada foi a bobina de induo, inventada por Nicholas Callan em 1836, ele foi um dos primeiros que percebeu que quanto maior fosse o nmero de voltas do enrolamento secundrio em relao ao nmero de voltas do enrolamento primrio, maior era o aumenta da tenso. Em 1876 Pavel Yablochkov inventou um sistema de iluminao tendo como base um conjunto de bobinas de induo que j operavam como transformadores.

Os desenhos prticos e eficientes de transformadores s apareceram no fim do sculo XIX.

Figura 8 - Nicholas Callan

10. HISTRIA DO FUSVEL

Em 1847 o francs Breguet recomendou que fossem usados nas estaes de telgrafo condutores de dimetro reduzido para proteger a estao contra relmpagos. Quando derretem os fios mais finos podem proteger os aparelhos e respectivos fios dentro do edifcio. Desde 1864, comearam a usar uma grande variedade de materiais fundveis para fios com esta finalidade. O fusvel foi patentado por Thomas Edison em 1890 como parte do sistema criado por ele de distribuio de energia eltrica.

Figura 9 - Thomas Edison

11. HISTRIA DO CAPACITOR

Em 1745 comeou a histria dos capacitores, a principal experincia foi a experincia da garrafa de Leyden. A experincia da garrafa de Leyden era realizada com uma mquina eletrosttica, um varo de ferro suspenso do teto na horizontal por fios de seda (isolante) e uma garrafa de vidro com gua. A mquina era constituda por uma roda com manivela ligada por uma correia a um globo de vidro que podia rodar em torno de um eixo. Um experimentador fazia rodar o globo atravs do acionamento da manivela, o segundo experimentador colocava as mos sobre o globo de vidro para produzir eletricidade por frico. Em outra parte do globo era estabelecido contato eltrico com o varo de ferro. Em outra extremidade deste varo, um terceiro experimentador segurava a garrafa de vidro com a mo direita, de forma que uma pea de lato ligada ao varo de ferro mergulhava na gua. Do globo saltavam fascas para o varo. O experimentador com a garrafa em uma mo aproximava a outra mo do varo fazendo saltar fascas do varo para a mo.

A experincia ficou conhecida, mas no compreendida. No se sabia quais as funes da gua, do vidro e do experimentador que segurava na garrafa. Aps um tempo chegaram concluso de que a gua poderia ser substituda por outra substncia condutora

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Figura 10 - Experincia da garrafa

12. HISTRIA DO REGULADOR DE TENSO

Em 1932 a Siemens inventou o regulador de tenso e foi pioneira em seu uso nos Estados Unidos. O regulador de tenso so autotransformadores elevadores/abaixadores com comutador de tenso sob carga. Os reguladores de tenso so monofsicos e imersos em leo mineral isolante. possvel se achar reguladores de tenso entre 50 ou 60 Hz, com a temperatura entre 55 ou 65 C. Pode ser aplicado em qualquer sistema de distribuio eltrica de 15 a 34,5 kV, garantindo o tempo todo a manuteno de um determinado nvel de tenso visando a melhoria da qualidade da tenso.

Figura 11- Logo da SIEMENS em 1932

13. HISTRIA DA FONTE

Os princpios da fonte de alimentao eram conhecidos desde a dcada de 30, e comearam a ser fabricadas a partir de componentes simples em 1950. A empresa Pioneer Magnetics comeou fabricao de fontes chaveadas em 1958 (mais tarde, a mesma empresa inovou o fornecimento de energia PC). A NASA em 1960 foi a principal fora motriz por trs da fonte de alimentao, j que o pequeno equipamento tinha suas vantagens e grande eficincia, passou a ter alto custo. A NASA j usava a fonte para satlites, como o Telstar (1962).

A indstria de computadores iniciou a utilizao da fonte chaveada no fim de 1960, foi quando o equipamento comeou a se tornar mais famoso, vrios minicomputadores da poca comearam a utiliz-la, um exemplo que em 1974, a empresa HP tambm utilizou a fonte de alimentao para seus minicomputadores. Em 1976, as fontes de alimentao j estavam funcionando nas casas das pessoas, alimentando televises em cores, receptores e outros.

A fonte chaveada ficou bem famosa pelos fornecedores de energia a partir de 1960. Em 1967 RO Associates exibiu a primeira fonte de 20Khz, que de acordo com eles, foi a primeira que poderia ser bem sucedida comercialmente. No Japo, a NEMIC comeou a padronizar as fontes em meados dos anos 70. Em 1972 comeou a oferecer as fontes chaveadas pelo mercado, um dos produtores e vendedores da fonte de alimentao foi a HP. A partir de 1975 as vendas e a popularizao da fonte cresceram exponencialmente, dando incio ao desejo de menores e melhores fontes, para produtos como microcomputadores.

Um grande desenvolvedor de fontes foi Robert Boschert, ele largou o emprego para construir fontes de alimentao em sua prpria cozinha, isso por volta de 1970. Ele queria simplificar as fontes chaveadas e torn-las mais competitivas quanto ao custo, em 1974, ele foi o responsvel pela produo de fontes de alimentao de baixo custo e tamanho. Em 1977, Robert Boschert evoluiu sua produo para uma empresa, que fabricava fontes de alimentao para caas F-14 aeronaves e satlites.

Figura 12 - NASA 1962

14. FONTE DE ALIMENTAO LINEAR

Em uma fonte de alimentao linear, a tenso alternada que recebida da rede eltrica aumentada ou reduzida por um transformador, retificada por diodosou ponte de diodos retificadores para que somente os ciclos positivos ou os negativos possam ser usados, a seguir estes so filtrados para reduzir oripple(ondulao) e finalmente regulados pelo circuito regulador de tenso.

Figura 13 - Circuito da fonte de alimentao linear esquematizado no diagrama de blocos

15. FONTE CHAVEADA

A fonte chaveada mais leve, com o preo mais acessvel e fornece correntes elevadas. A base do funcionamento da fonte chaveada o fato de que os transformadores que operam com frequncias maiores necessitam de ncleos menores e menos voltas nos enrolamentos para atingir a mesma eficincia. Primeiro a fonte corrige a tenso da rede, depois os transistores de potncia chaveiam (liga e desliga) a passagem da tenso corrigida pelo primrio de um pequeno transformador, dezenas de milhares de vezes por segundo. A maioria dos circuitos chaveadores faz com que os transistores apenas mandem para o transformador a potncia requerida pela carga, ou seja, se a carga no esta requerendo nada, os transistores vo simplesmente bloquear a passagem de corrente.

A fonte chaveada comercial muitas vezes projetada para cargas especficas, e no conseguem se comportar da forma esperada quando so ligadas em outras aplicaes.

Figura 14 - Fonte chaveada

16. UTILIZAO DA FONTE CHAVEADA

16.1 TRANSFORMADORES ELETRNICO PARA LMPADA DICROICA

So fontes chaveadas que no mercado so chamados erroneamente de transformadores. So leves, preo acessvel e eficiente, mas como toda fonte chaveada, apresenta problemas quando ligada alguma carga para a qual no foi projetada.

Seu baixo custo e disponibilidade fazem valer a pena o uso deste componente do que usar um transformador. Funcionam bem na fonte de tenso varivel de 3A como mostrado na figura 9.

Figura 15 - Fonte chaveada para lmpada dicroica

Figura 16 - Lmpada dicroica

16.2 FONTES DE COMPUTADOR

Existem dois tipos de fonte de computador: o mais antigo AT, encontrado em computadores antigos, e o modelo mais recente ATX, que encontrado nos computadores atuais.

As fontes AT so ligadas por um interruptor liga-desliga, j nas fontes ATX o comando para ligar a fonte eletrnico, atravs do aterramento do fio verde. As fontes de computador, particularmente as mais modernas, precisam de uma carga mnima para que no desarmem, sendo assim ligado um resistor de 10 ohms 10 W, este resistor vai aquecer bastante e no deve encostar em nenhum componente sensvel ao calor. A figura (numero da figura) mostra uma fonte de computador adaptada para ser usada em uma bancada que fornece +5V e +12V.

terra

+5

V

+12

V

10

10

W

preto

verde

)

(

liga-desliga

p

r

e

t

o

v

e

r

m

e

l

h

o

a

m

a

r

e

l

o

Figura 17 - Fonte de computador

17. COMPARAO DAS FONTES

As duas fontes: chaveada e linear, so eficazes e especficas para determinadas necessidades distintas, abaixo segue um resumo em tpicos para a escolha entre uma das duas.

Tamanho e Peso: A fonte de alimentao linear utiliza um transformador operando em frequncias entre 50/60 Hz e filtros de linha. Esses componentes so maiores tornando a fonte linear mais pesada que a fonte chaveada que opera em frequncias maiores.

Eficincia: Fontes lineares regulam sua tenso criando uma tenso mais alta que a necessria e convertendo o que no foi usado em calor. Fontes chaveadas no criam tenses maiores do que a necessria e pouca energia dissipada.

Complexidade: Fontes lineares so simples e podem ser projetadas por iniciantes. Fontes chaveadas so mais difceis de projetar, e o grande nmero de componentes faz com que seja mais cara para mont-la.

Fator de potncia: Se a corrente utilizada por uma carga, for retirada de uma fonte CA no for senoidal ou fora da fase como forma de onda da rede, ento o fator de potncia ser unitrio, diminuindo a eficincia e a capacidade da linha de transmisso de forma considervel.

Risco de choque eltrico: A fonte chaveada trabalha em seus circuitos de entrada com ligaes diretas a rede eltrica sem isolao, diferente de uma fonte linear que usa fusveis e fios isolados antes do transformador, com menor risco de choque. Portanto a fonte linear muito mais segura que a fonte chaveada, j que a fonte chaveada mesmo depois de desligada mantm a carga em seus capacitores, ou seja, a pessoa pode levar um choque carregando uma placa dessas sem a tampa na mo, algo em torno de 300 volts.

Tabela 1 - Comparativo entre os dois tipos de fontes

18. MATERIAL UTILIZADO

-Transformador 12 +12V x 800 mA

-Regulador 7805 / 7812

-Resistor de 470 x W

-LED 5mm DIFUSO

-Chave Liga/Desliga de Alavanca

-Borne BO7 - Marca BBC 4mm (vermelho/preto/verde)

-Placa

-Rabicho AC

-Fusvel 250 mA

-Terminal p/ porta fusvel

-P8119 Caixa - PL-PATOLA (65x110x190)mm

-Diodo IN4004

-Capacitor 470 micro () F (F)

Figura 18 - Kit de montagem de uma fonte de alimentao

19. CONCLUSO

No final deste trabalho conclumos que a parte onde precisamos trabalhar e construir o nosso prprio projeto requer muito mais dedicao e cuidado do que apenas a teoria. Percebemos tambm que devemos tomar cuidado com os componentes, afinal, um pequeno problema tcnico no componente pode prejudicar todo o projeto facilmente.

Notamos a importncia da fonte de alimentao na eletrnica, j que sem ela no teria como alimentar um circuito.

20. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fonte_de_alimenta%C3%A7%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fonte_chaveada

http://pt.wikipedia.org/wiki/Capacitor

http://www.brasilescola.com/fisica/capacitores.htm

http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/moreinfo/2_10_2_HowDiodeWorks.html

http://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_semicondutor

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fus%C3%ADvel

http://www.infoescola.com/eletricidade/fusivel/

http://pt.wikipedia.org/wiki/Transformador

http://www.brasilescola.com/fisica/resistores.htm

http://pt.wikipedia.org/wiki/Resistor

http://www.cebra.com.br/noticias/diferenca-entre-fonte-linear-e-fonte-chaveada/

http://forum.clubedohardware.com.br/topic/887188-resolvido-quais-as-diferen%C3%A7as-entre-fonte-chaveada-e-fonte-linear/