A Tensão que Você Precisa

Você possui algum aparelho que é alimentado por pilhas ou baterias? Você precisa de tensões incomuns como 4, 8, 18, 33 ou 43 Volts? Como montar uma fonte que forneça exatamente a tensão que você precisa, sem ter problemas de alimentação ou regulagem? Neste artigo abordamos este problema com algumas dicas para sua pronta solução.

Existem muitos aparelhos de fabricação antiga (e mesmo moderna) que são alimentados por pilhas ou baterias que, formando uma fonte fornecem tensões incomuns. Isso acontece, por exemplo, com certos instrumentos de medida (multímetros, etc.) que levam baterias de 18, 45V e outros valores preocupantes já que sua obtenção não é fácil e às vezes se esgotam de modo rápido.

Ocorrem mesmo casos de projetos que, encontrados em publicações técnicas, exigem para seu funcionamento tensões que não são muito comuns, o que leva a uma pronta desistênia de sua execução.
Como obter uma determinada tensão de uma fonte de alimentação usando componentes comuns? Tudo isso será explicado de modo simplificado neste artigo.

Âs fontes de alimentação:
Ao se projetar uma fonte de alimentação para uma aplicação não se deve levar em conta apenas a tensão que ela deve fornecer em sua saída, mas também a corrente exigida pelo dispositivo alimentado.
Para uma fonte comum, sem regulagem, a tensão pode variar de valor em função da corrente exigida pelo aparelho alimentado, conforme sugere a figura 1, o que quer dizer que em sua saída teremos uma tensão maior quando o aparelho estiver desligado e que esta tensão cai à medida que o aparelho exige mais corrente.

Se quisermos uma tensão que não varie na saída de uma fonte, além da retificação e da filtragem, teremos de adicionar uma etapa de regulagem, obtendo uma estrutura conforme a mostrada na figura 2.

Esta estrutura forma uma fonte regulada cujo princípio de funcionamento é o seguinte:
O transformador, que é a primeira etapa, tem por função reduzir a tensão disponível na rede local para uma tensão próxima daquela que queremos na saída do circuito (normalmente um pouco maior).
Veja que este valor não deve ser exatamente o mesmo que queremos na saída, por diversos motivos:

1º) Dependendo do tipo de retificação que fazemos, ou seja, o modo como ligamos a segunda etapa, a tensão pode aumentar bastante e isso também depende da corrente exigida pelo aparelho alimentado.

2°) A etapa de regulagem de tensão precisa de uma tensão um pouco maior de entrada para poder operar corretamente.
É claro que isso dificulta um pouco a escolha do transformador, mas já explicaremos como fazer no caso.
A segunda etapa do circuito é formada pelo retificador. Como temos diversas formas de retificação possível, segundo sugere a figura 3, o leitor tem diversas alternativas, em função dos resultados que 
 deseja.

Os diodos retificadores escolhidos para uma fonte devem sempre ter uma tensão inversa de pico (PIV) maior que 2 vezes a tensão do transformador, por medida de precaução, e devem suportar a máxima corrente que vai circular pelo circuito.
Como estamos limitando em 1A a corrente de nossas fontes, os diodos 1N4001 para tensões de 15V, os 1N4002 para até 30V, e IN4004 para até 60V podem ser usados nos circuitos práticos.
Temos depois a etapa de filtragem que consiste basicamente num capacitor eletrolítico de grande valor.
O valor deste capacitor influi tanto na tensão que podemos obter na saída da fonte, caso ela não seja regulada, como também na qualidade da corrente.
Se a filtragem não for perfeita, ondulações podem aparecer na corrente contínua capazes de induzir ruídos nos aparelhos alimentados, o que vai se traduzir na forma de roncos nos aparelhos de áudio, deformações em TV-jogos, etc.

Para aparelhos que não fornecem sinais de áudio nem vídeo, como calculadoras, motores de CC, um capacitor na faixa de 500 pF a 1000 uF para cada 1A de corrente na faixa de 3 a 15V é suficiente para um filtragem razoável. Para aparelhos de áudio será conveniente usar pelo menos 1500 ou 2000 uf.

A etapa final que nos interessa é a de regulagem, cujo funcionamento é o seguinte:
Na figura 5 temos o circuito básico de uma etapa de regulagem de tensão tipo série, em que o diodo zener serve como elemento de referência, ou seja, determina qual é a tensão que vai aparecer na saída.

Na realidade, a tensão que aparece na saída é um pouco diferente da tensão do zener, pois existe o transistor no circuito.
Para transistores de silício essa diferença é da ordem de 0,6 Volts, o que significa que se tivermos um zener de 5V6 a tensão disponível na saída será de 5 Volts apenas.
E importante observar que o diodo zener opera com a circulação de uma corrente no sentido inverso e que esta corrente tem limites que são determinados pela máxima potência que o componente pode dissipar.
Assim, a corrente máxima que a fonte pode fornecer vai depender fundamentalmente de dois fatores: potência do zener, ganho e corrente máxima do transistor usado.
Para saber qual é a corrente máxima que passa num zener de determinada tensão e dissipação basta dividir adissipação em miliwatts pela tensão do zener, ou seja, o valor em volts. Por exemplo, um zener de 5V6 x 400mW admite uma corrente máxima de 71,42 mA,
O resistor de polarização de base tem então seu valor determinado em função desta corrente.

Mas o leitor não vai precisar se preocupar com este cálculo, pois daremos os principais valores usados na prática numa tabela de fácil consulta.

Tensão	Resistor R1	Zener	Trasistor
1.5 a 6V	330 ohms	2V1 a 6V8	BD135, TIP31, etc
6 a 9V	470 ohms	6V8 a 10V	BD135, TIP31, etc
9 a 15V	560 ohms	9 a 15V	TIP31, TIP41, etc
15 a 25V	1k x 1W	15 a 25V	TIP31, TIP41, etc
25 a 45V	2k2 x 2w	25 a 45V	TIP31, TIP41, etc

A sua fonte:

Para fazer a sua fonte de alimentação, o primeiro ponto a ser analisado é a escolha da tensão e da corrente. Em função da tensão e da corrente serão escolhidos todos os componentes, do transformador ao diodo zener.
A tabela dada a seguir permite que o leitor faça a escolha segundo faixas. Para cada faixa o leitor pode escolher valores intermediários, bastando para isso que use o zener apropriado. Conforme vimos, existe uma diferença de 0,6 V entre a tensão do zener e a tensão que vai ser obtida na saída. Se esta diferença não for importante em vista da tolerância do projeto não é preciso sequer fazer sua consideração.
 Para estes casos, o leitor pode obter corrente de 500 mA ou mesmo um pouco mais, sem problemas. Para correntes menores aumente um pouco o resistor R1. O diodo zener pode ser de 400 mW ou 1W.

O transformador é escolhido segundo a seguinte tabela:

Tensão	Transformador
1,5 a 6V	6V x 500mA
6 a 9V	9V x 500mA
9 a 12V	12V x 500mA
12 a 18V	18V x 500mA
18 a 25V	25V x 500mA
25 a 35V	36V x 500mA
35 a 45V	45V x 500mA

A montagem poderá ser feita em placa de circuito impresso ou mesmo ponte de terminais. Lembrando que os transistores devem ser montados em dissipado-res de calor apropriados.
Os circuitos completos das fontes são mostrados na figura 6.

Para tensões até 12V, esse dissipador pode ser relativamente pequeno, consistindo num "U" de aproximadamente 3x3 x 4 cm. Para tensões maiores quando então as correntes também podem ser intensas, será conveniente usar um dissipador maior.

Cuidados finais:

Os valores de componentes sugeridos neste artigo são valores aproximados que devem funcionar satisfatoriamente na maioria dos casos. Entretanto, cada caso é um caso, devendo eventualmente ser feita alterações de valores que levem a uma otimização da fonte.
 O principal componente que está sujeito a alterações de valor em função da estabilidade de tensão na saída e da corrente da fonte é o resistor R1.
O diodo zener também podem ter sua tensão e dissipação modificada em função do comportamento do circuito.
Lembramos que na alteração de R1 deve-se ter em conta tanto a dissipação do diodo zener como deste componente.
Resistores de 1/2W são normais para tensões até 18V, mas para tensões maiores será conveniente usar resistores de 1W ou mesmo 2W.
Na ligação ao circuito alimentado lembramos também que a polaridade deve ser observada, pois inversões podem levar à queima de componente. Para proteção, um fusível de 1A pode ser intercalado entre a fonte e o aparelho alimentado.