Quem começa a montar circuitos eletrônicos rapidamente percebe que existe um equipamento que acaba sendo utilizado praticamente o tempo todo:
a fonte de alimentação.
Pilhas e baterias são úteis, mas nem sempre temos exatamente a tensão que queremos.
Em um projeto podemos precisar de:
3 V;
em outro:
5 V;
depois:
9 V;
ou talvez:
12 V.
Uma solução muito interessante para a bancada é utilizar uma fonte de alimentação variável, na qual podemos ajustar a tensão de saída conforme a necessidade do circuito.
E ela se torna ainda mais útil quando conseguimos visualizar também:
a tensão e a corrente consumida pelo projeto.
Neste vídeo mostro justamente uma fonte variável caseira com medidor de tensão e corrente.
Para que serve uma fonte variável?
Imagine que você terminou de montar um pequeno circuito.
Ele foi projetado para funcionar com:
6 V.
Se possuímos apenas uma fonte de 12 V, não podemos simplesmente conectá-la ao circuito.
Precisamos fornecer uma tensão adequada.
Uma fonte variável permite ajustar sua saída antes de conectar o projeto.
Podemos então selecionar, por exemplo:
5 V → 6 V → 9 V → 12 V
dependendo daquilo que estamos testando e dos limites da própria fonte.
Isso torna o equipamento extremamente versátil para uma bancada de eletrônica.
Por que não utilizar apenas pilhas?
Podemos.
Para determinadas experiências, pilhas e baterias são excelentes.
O problema é que, quando começamos a experimentar vários circuitos, precisaríamos ter diferentes combinações de baterias para conseguir diferentes tensões.
Além disso, durante os testes podemos querer modificar gradualmente a tensão.
Com uma fonte variável podemos fazer exatamente isso:
ajustar → medir → testar → reajustar.
É uma ferramenta muito mais prática para experimentação.
Veja minha fonte variável caseira
No vídeo abaixo apresento a fonte que montei e mostro seu funcionamento, incluindo a indicação de tensão e corrente.
Fonte de alimentação variável caseira — com medidor de tensão e corrente
Depois de conhecer o projeto, podemos entender melhor por que essas duas medições são tão importantes em uma fonte de bancada.
O voltímetro mostra a tensão
A primeira informação que queremos conhecer é:
qual tensão estou aplicando ao circuito?
A unidade utilizada é o:
volt (V).
Se ajustarmos a fonte para aproximadamente 5 V, por exemplo, o voltímetro permite verificar o valor efetivamente presente na saída.
Isso é muito melhor do que depender apenas da posição de um botão.
Temos uma:
medição real.
O amperímetro mostra o consumo do circuito
A segunda informação é ainda mais interessante:
quanta corrente o circuito está consumindo?
A corrente é medida em:
ampere (A)
ou, para valores menores:
miliampere (mA).
Assim, quando conectamos um projeto à fonte, podemos observar algo como:
5,0 V — 80 mA
ou:
12,0 V — 1,2 A.
Agora não sabemos apenas a tensão aplicada.
Começamos a enxergar também:
como o circuito está se comportando.
Por que conhecer a corrente é tão útil?
Imagine um pequeno circuito que normalmente deveria consumir cerca de:
100 mA.
Você liga o projeto e observa:
900 mA.
Isso imediatamente chama a atenção.
Pode existir:
curto-circuito;
componente conectado incorretamente;
sobrecarga;
motor travado;
componente defeituoso.
Portanto, o amperímetro não serve apenas para satisfazer nossa curiosidade.
Ele pode funcionar como uma importante ferramenta de:
diagnóstico.
Tensão e corrente não são a mesma coisa
Essa diferença é fundamental.
A fonte estabelece uma determinada:
tensão.
A carga conectada determina, de acordo com suas características e com o circuito, a corrente que será solicitada.
Imagine uma fonte ajustada para:
12 V
e capaz de fornecer até:
5 A.
Isso não significa que ela obrigatoriamente empurrará 5 A para qualquer circuito conectado.
Se determinada carga consumir apenas:
200 mA,
serão aproximadamente esses 200 mA que circularão, dentro das condições normais do sistema.
A indicação de 5 A da fonte representa sua capacidade máxima de fornecimento, não uma corrente que necessariamente será aplicada à carga.
A fonte precisa suportar a corrente exigida
Agora imagine o contrário.
Temos um equipamento que precisa de:
12 V e 3 A.
Nossa fonte fornece:
12 V, mas suporta apenas 1 A.
A tensão nominal está correta, mas a fonte não possui capacidade suficiente para alimentar aquela carga adequadamente.
Ela pode:
reduzir sua tensão;
entrar em proteção;
aquecer excessivamente;
ou até ser danificada, dependendo de seu projeto.
Por isso precisamos sempre pensar em:
tensão + corrente.
E podemos calcular a potência
Conhecendo tensão e corrente, podemos calcular aproximadamente a potência elétrica em uma carga DC:
P = V × I
onde:
P = potência em watts
V = tensão em volts
I = corrente em amperes
Imagine que o mostrador indique:
12 V
e:
1,5 A.
Teremos:
P = 12 × 1,5
P = 18 W.
Portanto, naquele ponto estamos fornecendo aproximadamente:
18 watts.
Por que uma fonte de bancada é tão útil para testes?
Uma das grandes vantagens é poder observar o circuito enquanto alteramos suas condições de alimentação.
Imagine um projeto que deve trabalhar entre:
6 V e 12 V.
Podemos começar com uma tensão menor e aumentá-la gradualmente, sempre respeitando as especificações do circuito.
Enquanto fazemos isso, podemos observar:
tensão;
corrente;
aquecimento;
funcionamento.
Isso fornece muito mais informação do que simplesmente conectar uma bateria e verificar:
“funcionou ou não funcionou”.
Podemos encontrar problemas observando a corrente
Suponha que estamos testando um pequeno motor.
Sem carga, observamos:
300 mA.
Aplicamos uma carga mecânica e encontramos:
700 mA.
Aumentamos ainda mais a carga:
1,2 A.
Estamos observando eletricamente aquilo que está acontecendo mecanicamente.
Quanto maior o esforço exigido do motor, maior pode ser sua corrente.
Se impedirmos completamente seu eixo de girar, a corrente pode atingir um valor muito elevado.
É a chamada:
corrente de rotor bloqueado, ou stall current.
Isso mostra por que uma fonte com indicação de corrente é tão útil.
O limite de corrente é outro recurso importante
Fontes de bancada mais completas podem permitir não apenas ajustar a tensão, mas também estabelecer um:
limite de corrente.
Imagine que estamos ligando pela primeira vez um circuito que deveria consumir aproximadamente:
100 mA.
Podemos estabelecer um limite relativamente baixo e energizar o circuito com maior controle.
Se houver algum problema e o circuito tentar consumir uma corrente muito elevada, a fonte pode limitar a corrente.
Esse recurso é conhecido como:
current limiting, ou limitação de corrente.
Tensão constante e corrente constante
Em fontes com controle de corrente, encontramos frequentemente dois modos de operação:
CV — Constant Voltage
e:
CC — Constant Current.
No modo CV, a fonte procura manter a:
tensão ajustada.
No modo CC, quando a carga tenta exigir uma corrente acima do limite estabelecido, a fonte reduz sua tensão conforme necessário para manter aproximadamente:
a corrente limitada.
Esse é um recurso muito útil em uma fonte de bancada.
É importante, porém, não confundir CC de Constant Current com CC de corrente contínua em português; o contexto indica qual significado está sendo usado.
Uma fonte caseira precisa ter limites bem definidos
Construir nossa própria fonte é uma excelente experiência.
Mas precisamos conhecer as limitações do circuito utilizado.
Uma fonte possui limites de:
tensão;
corrente;
potência;
temperatura.
Se o circuito regulador consegue fornecer determinada corrente máxima, não podemos simplesmente colocar um mostrador de 10 A e concluir que nossa fonte passou a fornecer:
10 A.
O medidor apenas:
mede.
Quem determina a capacidade da fonte é o circuito de potência.
O transformador também possui limites
Em fontes que utilizam transformador de rede, o transformador possui especificações próprias.
Ele não pode fornecer potência ilimitada.
Se temos determinado valor de tensão e determinada capacidade de corrente, temos também uma capacidade aproximada de:
potência.
Além disso, depois do transformador ainda podem existir:
retificação;
filtragem;
regulação.
Cada estágio precisa ser dimensionado adequadamente.
Da corrente alternada para a corrente contínua
Em uma fonte linear tradicional alimentada pela rede, podemos encontrar uma cadeia semelhante a:
rede elétrica
↓
transformador
↓
tensão alternada reduzida
↓
retificador
↓
corrente contínua pulsante
↓
capacitor de filtragem
↓
tensão contínua
↓
regulador
↓
saída ajustável.
Cada etapa possui uma função específica.
É isso que transforma a energia disponível na rede em uma tensão adequada para nossos pequenos circuitos eletrônicos.
Para que servem os diodos retificadores?
Depois de reduzir a tensão alternada, precisamos transformá-la em uma tensão unidirecional.
Podemos utilizar:
diodos.
Uma configuração muito conhecida é a:
ponte retificadora.
Ela utiliza diodos para produzir na saída uma corrente com polaridade definida a partir da tensão alternada aplicada na entrada.
Mas essa saída ainda não é uma tensão contínua perfeitamente lisa.
O capacitor ajuda na filtragem
Depois da retificação, normalmente utilizamos um:
capacitor de filtro.
Ele armazena energia quando a tensão sobe e fornece parte dessa energia quando a tensão retificada diminui.
O resultado é uma redução da:
ondulação — ripple.
Temos então uma tensão muito mais adequada para ser posteriormente regulada.
E finalmente ajustamos a tensão
Depois da retificação e filtragem, podemos utilizar um circuito regulador para obter a tensão desejada.
Dependendo do projeto, isso pode ser realizado com:
reguladores lineares;
transistores;
conversores chaveados;
ou outras topologias.
Cada solução apresenta vantagens e limitações.
Uma fonte linear, por exemplo, pode ser bastante interessante para determinadas aplicações, mas pode dissipar bastante calor quando existe uma grande diferença entre a tensão de entrada e a tensão de saída.
Por que o regulador pode esquentar?
Imagine um regulador linear recebendo:
15 V
e fornecendo:
5 V a 1 A.
Temos aproximadamente:
10 V
sobre o regulador.
A potência dissipada será aproximadamente:
P = (15 − 5) × 1
portanto:
10 W.
Isso é bastante calor.
Por isso encontramos frequentemente:
dissipadores de calor
em fontes lineares.
O dissipador não é apenas um pedaço de metal
Sua função é facilitar a transferência de calor do componente para o ambiente.
Podemos pensar:
semicondutor
↓
encapsulamento
↓
dissipador
↓
ar.
Isso cria uma ligação muito interessante entre este projeto e o estudo de:
potência e temperatura.
Uma fonte de alimentação não é apenas um projeto elétrico.
Ela também possui aspectos:
térmicos.
O gabinete também é importante
Quando construímos uma fonte caseira, precisamos pensar além do circuito.
Existe também a:
construção física.
Precisamos organizar:
conectores;
medidores;
botão de ajuste;
interruptor;
cabos;
ventilação.
Uma montagem organizada torna a fonte muito mais agradável e segura para utilização na bancada.
Atenção especial à rede elétrica
Aqui existe uma diferença importante em relação a muitos projetos de baixa tensão.
Se a fonte for alimentada diretamente pela rede elétrica, existem pontos internos que podem trabalhar com:
tensões perigosas.
Isso exige cuidados adequados com:
isolamento;
fusível;
cabos;
conexões;
gabinete;
aterramento, quando aplicável.
Não devemos tratar o lado ligado à rede da mesma maneira que tratamos um pequeno circuito alimentado por pilhas.
Para quem está começando, uma alternativa mais segura para experiências é trabalhar com uma fonte DC externa isolada e construir apenas o estágio de regulação de baixa tensão.
Uma fonte muda a maneira como trabalhamos na bancada
Antes de ter uma fonte variável, muitas experiências acabam começando assim:
“onde está aquela bateria de 9 V?”
ou:
“será que tenho uma fonte de 6 V por aqui?”
Com uma fonte de bancada, a lógica muda:
ajusto a tensão
↓
conecto o circuito
↓
observo a corrente
↓
faço o teste
↓
altero as condições se necessário.
Ela passa a ser um instrumento utilizado em praticamente todos os outros projetos.
O mostrador transforma a fonte em instrumento de diagnóstico
Esse talvez seja o aspecto mais interessante da fonte apresentada no vídeo.
Não temos apenas:
energia saindo.
Temos também:
informação voltando para nós.
O voltímetro informa:
o que a fonte está entregando.
O amperímetro ajuda a informar:
como a carga está respondendo.
Isso permite utilizar a fonte não apenas para alimentar circuitos, mas também para:
compreendê-los.
Uma ferramenta fundamental para aprender eletrônica
Construir uma fonte variável é um daqueles projetos que continuam úteis depois que a experiência termina.
Você constrói uma vez e passa a utilizá-la para testar:
LEDs;
motores;
amplificadores;
circuitos com transistores;
Arduino;
módulos eletrônicos;
projetos de áudio.
E, a cada novo circuito conectado, os mostradores de tensão e corrente ajudam a responder duas perguntas fundamentais:
qual tensão estou fornecendo?
e:
quanta corrente meu circuito está consumindo?
Quando começamos a responder essas perguntas com medições em vez de suposições, nossa bancada deixa de ser apenas um lugar onde montamos circuitos.
Ela se transforma em um lugar onde conseguimos:
experimentar, medir, diagnosticar e aprender eletrônica.
Quer aprender mais sobre eletrônica na prática?
Uma fonte de bancada está diretamente relacionada a muitos dos conceitos fundamentais da eletrônica:
tensão;
corrente;
potência;
diodos;
retificação;
capacitores;
filtragem;
regulação;
dissipação de calor.
Esses mesmos conceitos aparecem constantemente quando construímos e analisamos circuitos de áudio.
No meu Curso de Eletrônica Aplicada ao Áudio, trabalho justamente esses fundamentos de maneira prática, para que você não fique limitado a copiar esquemas: a ideia é compreender o que está acontecendo em cada parte do circuito e saber utilizar medições para encontrar problemas.https://www.alexbaroni.com.br/pv_1h_linear/pv_audio_elet/