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, começando por um passo de segurança (desligar da alimentação, confirmar a ausência de tensão e descarregar o condensador de filtro através de uma resistência antes de tocar no circuito) e seguindo depois 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.