Mini-Projecto · Desenhar e simular uma fonte de alimentação regulada
Contexto
A oficina de assistência técnica "AmpVolt" recebe frequentemente aparelhos cuja fonte de alimentação avariou. Para formar os técnicos mais novos, o responsável pediu um dossiê didático com o projeto completo de uma fonte de alimentação linear regulada de 5 V, desenhada e simulada em software.
Foste encarregado/a de desenhar o esquema (de blocos e multifilar), normalizá-lo segundo a IEC 60617, simular o seu funcionamento e entregar tudo com a documentação de apoio. O trabalho é individual ou a pares, numa ferramenta de desenho e simulação à escolha (KiCad + LTspice, Multisim, Proteus ou EasyEDA), e serve de material de referência para a equipa.
Requisitos
Funcionais
- Esquema de blocos da fonte: transformador, retificador, filtro e regulador, com o fluxo de energia indicado.
- Esquema multifilar completo do circuito, com todos os componentes, referências e valores.
- Simbologia segundo a norma IEC 60617, com biblioteca adequada.
- Uso correto de pelo menos duas layers (ex.: circuito e anotações), com controlo de visibilidade.
- Circuito com, no mínimo: entrada (fonte/transformador), ponte retificadora (4 díodos), condensador de filtragem, regulador e carga (ex.: resistência ou LED com resistência).
- Verificação ERC sem erros por resolver.
- Simulação do circuito: análise DC (tensão de saída) e análise transitória (a mostrar a filtragem, tensão antes e depois do condensador).
- Lista de materiais (BOM) exportada.
Não-funcionais
- Esquema legível e normalizado: linhas a direito, nós corretos, referências e valores visíveis.
- Legenda (cartucho) preenchida: título, autor, data, versão.
- Cores/camadas coerentes; sem cruzamentos ambíguos.
- Projeto guardado com nome claro e com backup entregue.
- Dossiê escrito em português europeu, sem erros de simbologia.
Fases
Fase 1 · Planeamento e blocos (1h30) Desenhar o esquema de blocos da fonte e definir os valores-alvo (tensão de saída 5 V, corrente da carga). Escolher a ferramenta e criar o projeto.
Fase 2 · Bibliotecas e componentes (1h30) Selecionar da biblioteca IEC os componentes: fonte/transformador, díodos da ponte, condensador de filtragem, regulador, resistências e carga. Confirmar o pinout no datasheet.
Fase 3 · Desenho do multifilar (3h) Colocar os componentes e ligar (wire/net label), com o snap ligado. Atribuir referências e valores. Organizar em layers (circuito e anotações). Colocar GND e alimentação.
Fase 4 · Verificação ERC (1h) Correr o ERC, ler avisos e erros e corrigir todas as ligações em falta ou incorretas até o esquema ficar limpo.
Fase 5 · Simulação (3h) Definir a fonte de entrada, colocar sondas e correr a análise DC (confirmar os 5 V de saída) e a análise transitória (observar a tensão pulsante antes do filtro e alisada depois). Registar as formas de onda.
Fase 6 · Documentação e apresentação (2h) Exportar a BOM, preencher a legenda, fazer o backup e escrever o dossiê. Apresentar o esquema, os resultados da simulação e as decisões tomadas.
Critérios de avaliação
| Critério | Peso |
|---|---|
| Esquema de blocos correto e claro | 10% |
| Simbologia e normalização IEC 60617 | 20% |
| Multifilar completo, referências e valores | 20% |
| Organização (layers, legenda, legibilidade) | 10% |
| ERC resolvido | 10% |
| Simulação (DC + transitória) e leitura dos resultados | 20% |
| Dossiê, BOM e apresentação | 10% |
Erros comuns
- Condensador de filtragem ou díodos ao contrário (polaridade): a fonte não funciona ou o componente danifica-se.
- Confundir o pinout do regulador (entrada/GND/saída trocados).
- Nós mal marcados: ponto onde não há ligação, ou fio que não liga por estar fora da grelha.
- Simular antes de resolver o ERC e tirar conclusões erradas.
- Misturar simbologia IEC com ANSI no mesmo esquema.
- Esquecer a resistência limitadora quando a carga é um LED.
- Não documentar (sem BOM, sem legenda, sem backup).
Bónus (opcional)
- Substituir a fonte linear por um regulador ajustável (ex.: LM317) e calcular a resistência de ajuste.
- Acrescentar um LED indicador de "ligado" com a respetiva resistência.
- Medir o ripple antes e depois do filtro e comparar com valores teóricos.
- Desenhar a versão unifilar simplificada da alimentação do aparelho.
- Avançar para o layout/PCB do circuito a partir do mesmo esquema.
Reflexão
No dossiê final, responde: porque é que o esquema de blocos ajuda a diagnosticar avarias numa fonte de alimentação? Explica também qual o papel de cada bloco (transformador, retificador, filtro, regulador) e o que a simulação transitória te permitiu ver que não verias apenas com a análise DC.