Mini-Projecto · Fonte de alimentação estabilizada de bancada
Contexto
A oficina "ElectroServ", um pequeno departamento de assistência técnica de equipamentos elétricos e eletrónicos, precisa de uma fonte de alimentação estabilizada de bancada para testar placas e equipamentos em reparação: 12 V C.C., até 1 A, com proteção contra curto-circuitos na saída.
Foste destacado/a para o projeto: dimensionar a fonte de raiz (retificação, filtragem, estabilização e proteção), simulá-la antes de montar, montá-la e testá-la em laboratório, e por fim documentar um procedimento de deteção de anomalias para os colegas que a forem usar. Trabalhas individualmente ou a pares.
Requisitos
Funcionais
- Retificação de onda completa (ponte de Graetz) a partir de um transformador com secundário adequado.
- Filtro capacitivo dimensionado por cálculo, para um ripple residual máximo de 1 V pp a 1 A de carga.
- Estabilização com regulador integrado (78xx fixo ou LM317 ajustável), entregando 12 V C.C. estáveis à saída.
- Proteção contra sobrecargas e curto-circuitos: fusível na entrada, dimensionado por cálculo.
- Pontos de teste (terminais ou pinos) acessíveis para medir: saída do retificador, saída do filtro, saída final.
Não-funcionais
- Esquema desenhado e simulado em software (LTspice, Proteus, Tinkercad Circuits ou equivalente) antes da montagem.
- Todos os componentes com valores calculados e justificados, não escolhidos "a olho".
- Montagem por blocos, testada em cada etapa antes de avançar.
- Relatório com as medições reais (multímetro e osciloscópio) comparadas com os valores calculados e simulados.
Fases
Fase 1 · Dimensionamento (4h) Escolher a arquitetura (transformador → ponte → filtro → regulador), calcular a capacitância do filtro para o ripple alvo, escolher o regulador integrado e dimensionar o fusível de entrada. Justificar cada escolha por cálculo.
Fase 2 · Esquema e simulação (4h) Desenhar o esquema completo em software de simulação, com os valores calculados. Correr análise transitória, confirmar o ripple antes do regulador e a tensão estável depois dele. Ajustar valores se a simulação não bater certo com o cálculo.
Fase 3 · Montagem por blocos (5h) Montar o retificador e o filtro; medir com multímetro e osciloscópio antes de avançar. Montar o estabilizador; medir a saída em vazio. Instalar o fusível e os pontos de teste.
Fase 4 · Testes e proteção (3h) Testar a saída em carga (com uma resistência de potência conhecida), medir a regulação de carga. Testar a proteção: curto-circuitar propositadamente a saída (com cuidado) e confirmar que o fusível ou a limitação de corrente atuam como esperado.
Fase 5 · Relatório e procedimento de avarias (2h) Documentar todas as medições (calculado vs simulado vs real). Escrever um procedimento curto de deteção de anomalias para esta fonte, seguindo a metodologia "do fim para o início".
Fase 6 · Apresentação (2h) Demonstrar a fonte a funcionar à turma, mostrando as medições no osciloscópio e explicando as escolhas de dimensionamento e proteção.
Critérios de avaliação
| Critério | Peso |
|---|---|
| Dimensionamento e cálculos justificados | 20% |
| Esquema e simulação corretos | 15% |
| Montagem por blocos, funcional | 25% |
| Proteção testada e eficaz | 15% |
| Relatório de medições e procedimento de avarias | 15% |
| Apresentação e domínio dos conceitos | 10% |
Erros comuns
- Calcular a capacitância do filtro com 50 Hz em vez de 100 Hz numa retificação de onda completa.
- Esquecer a queda de tensão da ponte retificadora ao verificar se sobra tensão suficiente para o regulador não entrar em dropout.
- Montar o regulador integrado sem os condensadores de desacoplamento.
- Escolher o fusível "por experiência" em vez de calcular a partir do consumo real do primário.
- Testar o curto-circuito de proteção sem confirmar primeiro os limites do próprio equipamento de teste.
- Entregar o relatório só com os valores simulados, sem as medições reais em bancada.
Bónus (opcional)
- Substituir o regulador fixo por um LM317 com potenciómetro, tornando a fonte ajustável entre 3 V e 15 V.
- Acrescentar limitação foldback discreta, com um segundo transístor, em vez de depender só da proteção interna do regulador.
- Adicionar um voltímetro e amperímetro de painel para leitura direta em bancada.
- Comparar, por medição, o ripple residual com um filtro capacitivo puro e com um filtro LC no mesmo circuito.
Reflexão
No relatório final, responde: porque é que a fase de simulação não substitui os testes reais em bancada? E explica, com um exemplo concreto deste projeto, como a metodologia "medir do fim para o início" te ajudaria a diagnosticar uma avaria nesta fonte.