Quem começa a construir circuitos eletrônicos rapidamente percebe uma coisa: praticamente todo circuito precisa de uma fonte de alimentação.
Amplificadores, pré-amplificadores, pequenos projetos de áudio e diversos circuitos eletrônicos precisam receber uma tensão adequada para funcionar.
E uma fonte de alimentação não precisa necessariamente ser uma “caixa preta” comprada pronta.
Podemos construir uma fonte simples e, ao fazer isso, compreender um dos circuitos mais fundamentais da eletrônica.
Neste projeto mostro justamente a montagem de uma fonte de alimentação linear simples, indicada originalmente para utilização com um amplificador. O circuito utiliza pouquíssimos componentes: um transformador com tomada central no secundário, dois diodos e um capacitor eletrolítico.
O que uma fonte de alimentação faz?
A energia disponível na tomada é fornecida em corrente alternada (CA).
Muitos circuitos eletrônicos, entretanto, precisam trabalhar com corrente contínua (CC).
Portanto, precisamos realizar uma transformação.
De maneira simplificada:
Rede elétrica em CA
↓
Transformador
↓
Tensão alternada mais baixa
↓
Retificação
↓
Filtragem
↓
Tensão contínua
É justamente esse processo que podemos observar nesta fonte.
O circuito é muito simples
Uma das coisas interessantes desse projeto é a pequena quantidade de componentes.
Na montagem original utilizei:
1 transformador com tomada central no secundário;
2 diodos;
1 capacitor eletrolítico.
Apesar da simplicidade, esses poucos componentes permitem compreender três conceitos extremamente importantes:
transformação;
retificação;
filtragem.
Primeiro vem o transformador
O transformador recebe uma tensão alternada no primário e disponibiliza outra tensão alternada no secundário.
Em uma fonte convencional, ele pode cumprir duas funções importantes:
adequar o nível de tensão
e
fornecer isolamento galvânico da rede, quando se trata de um transformador isolador apropriado.
Isso é especialmente importante porque trabalhar diretamente com a tensão da rede elétrica envolve risco de choque grave.
O transformador utilizado possui tomada central
No circuito mostrado no meu post, o secundário do transformador possui tomada central, também conhecida como center tap.
Isso significa que o enrolamento secundário possui três conexões.
Podemos imaginar:
extremidade A — tomada central — extremidade B
A tomada central divide eletricamente o secundário em duas partes.
Essa configuração permite utilizar apenas dois diodos na retificação de onda completa.
O que significa, por exemplo, 12-0-12 V?
Um transformador pode ser especificado como:
12 V – 0 – 12 V
Nesse exemplo, teríamos aproximadamente 12 V CA entre uma extremidade e o ponto central e outros 12 V CA entre o ponto central e a outra extremidade, nas condições especificadas pelo fabricante.
Entre as duas extremidades, teríamos aproximadamente 24 V CA.
Mas atenção: esses números são apenas um exemplo explicativo. O transformador correto deve ser escolhido de acordo com a tensão e a corrente exigidas pelo circuito que será alimentado.
Depois precisamos retificar a tensão
A saída do transformador continua sendo alternada.
Ou seja, sua polaridade varia periodicamente.
Para alimentar um circuito eletrônico que exige corrente contínua, precisamos realizar a retificação.
No projeto, essa função é realizada pelos dois diodos.
O que faz um diodo?
De maneira simplificada, o diodo permite a passagem de corrente preferencialmente em um sentido e bloqueia no sentido oposto, dentro de suas condições de operação.
Essa característica permite manipular a forma de onda alternada proveniente do transformador.
É por isso que diodos aparecem com tanta frequência em fontes de alimentação.
Dois diodos e um transformador com tomada central
Nesta topologia, cada metade do secundário trabalha em um semiciclo.
Em um semiciclo:
um diodo conduz.
No semiciclo seguinte:
o outro diodo conduz.
Com isso, conseguimos aproveitar os dois semiciclos da tensão alternada.
Esse processo é conhecido como:
retificação de onda completa.
Mas a saída ainda não está perfeitamente contínua
Depois dos diodos, já temos uma tensão com polaridade definida.
Entretanto, ela ainda apresenta grandes variações.
Podemos imaginar algo semelhante a uma sequência de pulsos:
↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
Nosso amplificador não gostaria muito de receber uma alimentação dessa forma.
Precisamos suavizar essa tensão.
É aí que entra o capacitor.
O capacitor eletrolítico funciona como filtro
O terceiro elemento fundamental do circuito é o capacitor eletrolítico.
Ele armazena energia quando a tensão retificada aumenta e devolve parte dessa energia quando a tensão começa a diminuir.
O resultado é uma tensão muito mais suave.
Podemos pensar de maneira simplificada:
tensão retificada pulsante
↓
capacitor
↓
tensão CC com menor ondulação
Essa ondulação residual é chamada de ripple.
Quanto maior o capacitor, menor tende a ser a ondulação
Foi justamente por isso que, no projeto original, recomendei utilizar um capacitor eletrolítico de valor elevado quando a fonte for destinada a circuitos de áudio.
Uma capacitância maior permite armazenar mais carga e ajuda a manter a tensão entre os picos da forma de onda retificada.
Dentro de determinadas condições, isso reduz a ondulação presente na alimentação.
Podemos utilizar capacitores em paralelo
Outra possibilidade mencionada no projeto é utilizar mais de um capacitor eletrolítico em paralelo.
Quando colocamos capacitores em paralelo, suas capacitâncias se somam:
Ctotal = C1 + C2 + C3 + …
Por exemplo:
dois capacitores de 2.200 µF em paralelo resultam idealmente em:
4.400 µF.
Isso pode ser útil quando não temos disponível um único capacitor do valor desejado.
Por que isso é particularmente importante em áudio?
Em circuitos de áudio, uma alimentação mal filtrada pode aparecer justamente onde não queremos:
no alto-falante.
O resultado pode ser aquele conhecido:
“hummmmmm…”
ou ronco.
No texto original, destaquei que aumentar a filtragem ajuda a reduzir a possibilidade de aparecerem roncos provenientes da rede elétrica.
O famoso ronco da fonte
Quando uma fonte possui filtragem insuficiente, parte da variação relacionada à rede e à retificação pode chegar aos estágios de áudio.
Essa interferência pode então ser amplificada juntamente com o sinal desejado.
Em vez de ouvirmos somente:
música
podemos ouvir:
música + ronco.
Por isso, a fonte de alimentação faz parte do projeto de áudio tanto quanto o próprio amplificador.
O capacitor não elimina magicamente todo o ripple
É importante compreender isso.
O capacitor reduz a ondulação, mas o resultado depende de vários fatores:
capacitância;
corrente consumida pela carga;
frequência da retificação;
tensão;
características do circuito.
Quanto maior a corrente consumida entre os picos de recarga, maior tende a ser a queda de tensão sobre o capacitor.
Podemos estimar a ondulação
Em uma aproximação simples para uma fonte com capacitor de filtro, podemos pensar na relação:
ΔV ≈ I / (f × C)
onde:
ΔV = ondulação aproximada;
I = corrente consumida;
f = frequência dos pulsos após a retificação;
C = capacitância.
Essa expressão ajuda a compreender por que aumentar C reduz o ripple.
A tensão depois da retificação não é simplesmente a tensão escrita no transformador
Esse é outro conceito importante.
A tensão indicada no secundário do transformador normalmente é um valor RMS de corrente alternada.
Depois da retificação e filtragem, o capacitor tende a carregar próximo ao valor de pico da forma de onda, descontando as quedas existentes no circuito.
Para uma senoide:
Vpico ≈ Vrms × √2
Portanto, uma tensão de 12 V CA possui pico teórico de aproximadamente:
12 × 1,414 ≈ 17 V.
Depois precisamos considerar a queda no diodo e o comportamento sob carga.
Isso é muito importante ao escolher o capacitor
Imagine utilizar um capacitor especificado para uma tensão muito próxima daquela que você espera encontrar na saída.
Se a tensão real ficar acima do esperado, podemos exceder a especificação do componente.
Por isso, o capacitor deve possuir tensão nominal superior à máxima tensão que poderá aparecer sobre ele, com margem adequada.
Não escolha o capacitor considerando apenas sua capacitância.
O circuito da fonte de alimentação que ensino no vídeo, se encontra na imagem abaixo:
Capacitor eletrolítico possui polaridade
Esse cuidado é fundamental.
Capacitores eletrolíticos convencionais possuem:
positivo
e
negativo.
Eles precisam ser conectados corretamente.
A inversão de polaridade pode danificar o componente e, dependendo das condições, provocar uma falha perigosa.
Antes de energizar a fonte, confira essa conexão.
Os diodos também possuem orientação
O diodo também não pode ser instalado aleatoriamente.
Ele possui:
ânodo
e
cátodo.
O cátodo costuma ser identificado por uma faixa no corpo de muitos diodos retificadores.
Se um dos diodos for instalado invertido, a fonte não funcionará como planejado e pode haver risco de danos.
Dimensione os diodos para a aplicação
Não basta escolher qualquer diodo disponível na gaveta.
Precisamos observar principalmente:
corrente suportada;
tensão reversa máxima;
condições térmicas.
Um pequeno circuito de baixa corrente e um amplificador de potência podem exigir componentes bastante diferentes.
O transformador também precisa fornecer corrente suficiente
Imagine um amplificador que exige uma determinada corrente em funcionamento.
Não adianta obter a tensão correta utilizando um transformador incapaz de fornecer a corrente necessária.
Sob carga, a tensão pode cair e o transformador pode aquecer excessivamente.
Portanto, ao selecionar o transformador precisamos considerar:
tensão do secundário
e
capacidade de corrente/potência.
A potência do transformador
Transformadores são frequentemente especificados também em VA:
volt-ampère.
De maneira simplificada:
VA ≈ V × A
Essa informação ajuda a relacionar a tensão do secundário com a corrente que o transformador consegue fornecer dentro das condições de projeto.
A fonte precisa ser dimensionada para o amplificador
No post original, indiquei esse circuito justamente para utilização em um amplificador, cuja montagem também estava disponível no meu conteúdo em vídeo.
Portanto, não devemos escolher a fonte isoladamente.
Primeiro perguntamos:
Qual tensão o amplificador exige?
Qual corrente ele poderá consumir?
Depois dimensionamos a fonte.
Fonte e amplificador formam um sistema
Podemos pensar:
Rede elétrica
↓
Fonte
↓
Amplificador
↓
Alto-falante
Se a fonte não consegue fornecer energia adequadamente, o amplificador não conseguirá entregar o desempenho esperado.
Uma excelente placa de amplificador ligada a uma fonte inadequada continua sendo um sistema inadequado.
O aterramento e a disposição dos fios também influenciam o áudio
Mesmo com um capacitor de grande valor, uma montagem ruim pode apresentar ruído.
Em circuitos de áudio, devemos prestar atenção à organização dos retornos de corrente e à disposição da fiação.
Fios que conduzem corrente pulsante da retificação não deveriam ser tratados da mesma maneira que pequenos sinais de áudio.
A montagem física também faz parte do projeto.
Mantenha o transformador afastado de circuitos sensíveis
Transformadores podem produzir campos magnéticos.
Em equipamentos de áudio, colocar o transformador muito próximo de estágios de baixo sinal pode contribuir para ruídos indesejados.
Por isso, a posição física dos componentes dentro do gabinete merece atenção.
Às vezes girar ou reposicionar o transformador já altera significativamente um problema de ronco.
A fiação da fonte deve ser organizada
Uma fonte simples pode facilmente se transformar em um emaranhado de fios.
Procure manter separados e identificados:
entrada da rede;
primário do transformador;
secundário;
retificação;
saída CC.
Isso facilita tanto a segurança quanto a manutenção.
Atenção: existe tensão perigosa no primário
Aqui está a parte mais importante deste projeto.
Embora a saída da fonte possa trabalhar com baixa tensão, o primário do transformador está ligado à rede elétrica.
Isso significa presença de tensão potencialmente letal.
Não toque no circuito energizado e não faça montagens improvisadas na rede elétrica.
Se você ainda não possui experiência para trabalhar com tensão de rede, faça a parte experimental utilizando um transformador comercial devidamente isolado e encapsulado ou trabalhe acompanhado de alguém qualificado.
Utilize fusível adequado
Uma montagem ligada à rede deve incorporar proteção apropriada.
O fusível deve ser escolhido considerando as características do equipamento e colocado de maneira adequada no circuito.
Ele não torna a montagem impossível de falhar, mas é uma importante proteção contra determinadas condições de sobrecorrente.
Não deixe conexões da rede expostas
Depois de concluir os testes, nenhuma conexão do primário deveria ficar acessível ao usuário.
Utilize:
isolamento apropriado;
terminais adequados;
prensa-cabo;
gabinete.
Um circuito funcionar sobre a bancada não significa que ele esteja pronto para utilização permanente.
Faça os primeiros testes sem o amplificador
Uma boa estratégia é montar e testar primeiro a fonte.
Antes de conectar o circuito de áudio:
confira visualmente a montagem;
verifique a polaridade dos diodos;
verifique a polaridade do capacitor;
confira as conexões do transformador.
Depois podemos medir a saída.
Use o multímetro
O multímetro é fundamental nesse teste.
Primeiro podemos medir a tensão do secundário em CA.
Depois medimos a saída retificada e filtrada em CC.
Assim conseguimos verificar cada etapa:
transformador → OK
retificador → OK
filtro → OK
Somente depois conectamos a carga.
Nunca meça corrente como se medisse tensão
Esse erro merece atenção especial.
Para medir tensão, o multímetro é colocado em paralelo.
Para medir corrente, normalmente ele precisa fazer parte do caminho da corrente.
Colocar um multímetro configurado para corrente diretamente entre os terminais de uma fonte pode produzir um curto-circuito através do instrumento.
Antes de medir, confira:
função selecionada;
escala;
posição das pontas de prova.
Teste a tensão sem carga e depois com carga
A tensão medida sem nenhum circuito conectado pode ser maior do que aquela observada durante o funcionamento real.
Isso acontece porque:
transformador;
diodos;
capacitor
e demais elementos apresentam comportamento diferente sob carga.
Por isso, a medição realmente interessante é aquela feita nas condições de utilização previstas.
Observe o aquecimento
Depois de conectar o amplificador, deixe o conjunto funcionando e observe.
Verifique se existe aquecimento anormal em:
transformador;
diodos;
conectores;
fiação.
Aquecimento excessivo pode indicar dimensionamento inadequado ou algum problema na montagem.
Mais capacitância nem sempre é simplesmente “melhor”
No post original, recomendo aumentar a capacitância para melhorar a filtragem em aplicações de áudio.
Isso continua sendo conceitualmente válido, mas existe um detalhe interessante: capacitores muito grandes também produzem correntes de carga elevadas nos instantes de condução dos diodos e no momento em que a fonte é ligada.
Portanto, em projetos maiores, a capacitância também precisa ser dimensionada — não simplesmente aumentada indefinidamente.
Podemos utilizar uma ponte retificadora?
Sim.
Outra topologia extremamente comum utiliza quatro diodos, frequentemente reunidos em um único componente chamado ponte retificadora.
Nesse caso, não precisamos necessariamente utilizar um secundário com tomada central da mesma maneira.
Mas essa não é a configuração do projeto original.
Aqui a proposta é justamente mostrar a solução simples com:
transformador com tomada central + dois diodos + capacitor.
E uma fonte regulada?
A fonte apresentada aqui é essencialmente uma fonte:
transformada + retificada + filtrada.
Dependendo da aplicação, podemos acrescentar posteriormente uma etapa de regulação.
Essa etapa procura manter uma tensão de saída mais controlada diante de variações de carga e entrada.
Podemos utilizar reguladores lineares ou outras topologias, conforme a necessidade.
Fonte linear e fonte chaveada são diferentes
Hoje encontramos fontes chaveadas em praticamente todos os lugares.
Carregadores de celular e fontes de computadores são exemplos.
Elas utilizam princípios diferentes de uma fonte linear tradicional com transformador trabalhando diretamente na frequência da rede.
As fontes chaveadas podem ser:
menores;
mais leves;
muito eficientes.
Mas sua eletrônica normalmente é bastante mais complexa.
A fonte linear é excelente para aprender
Para fins didáticos, uma fonte linear simples é fantástica porque conseguimos acompanhar cada etapa.
Temos:
senoide no secundário
↓
retificação pelos diodos
↓
carregamento do capacitor
↓
tensão contínua na saída.
Cada componente possui uma função bastante clara.
Se tivermos um osciloscópio, fica ainda mais interessante
Com o equipamento adequado e respeitando as práticas de segurança e isolamento, podemos observar as formas de onda em diferentes pontos da parte de baixa tensão.
No secundário:
senoide.
Depois da retificação:
pulsos retificados.
Depois do capacitor:
CC com ripple.
Visualizar isso transforma conceitos abstratos em algo concreto.
É uma ótima experiência para aprender diodos e capacitores
Muitas vezes estudamos:
“o diodo conduz em um sentido.”
Depois:
“o capacitor armazena carga.”
Mas essas frases ficam muito mais interessantes quando montamos uma fonte e percebemos que:
o diodo retifica
e
o capacitor filtra.
Os componentes deixam de ser definições e passam a executar uma função real.
O circuito possui poucos componentes, mas ensina muita coisa
Foi justamente essa simplicidade que tornou o projeto interessante para publicar.
Com apenas:
um transformador;
dois diodos;
um capacitor eletrolítico,
podemos estudar:
corrente alternada;
transformadores;
retificação;
diodos;
capacitância;
filtragem;
ripple;
alimentação de amplificadores.
É bastante conteúdo para um circuito tão pequeno.
Veja a montagem no vídeo
Na página original há um vídeo mostrando como montei essa fonte de alimentação linear. O circuito apresentado na imagem do artigo é o mesmo utilizado na montagem.
A fonte foi pensada para alimentar um amplificador apresentado em outro conteúdo do meu canal, criando uma sequência bastante interessante de aprendizado:
primeiro entendemos a alimentação;
depois utilizamos essa alimentação em um circuito real de áudio.
Quer aprender eletrônica construindo circuitos de verdade?
Uma fonte como esta reúne alguns dos fundamentos mais importantes da eletrônica.
Quando entendemos por que o transformador reduz a tensão, como os diodos realizam a retificação e por que o capacitor reduz o ripple, começamos a deixar de enxergar o circuito como um conjunto de símbolos.
Passamos a compreender o que cada componente realmente está fazendo.
Porque montar uma fonte é relativamente simples.
O mais interessante é entender por que ela funciona.