Apesar de não ser nenhuma novidade um artigo sobre reguladores ou fontes de alimentação, nossa proposta desta vez é um pouco diferente. Neste artigo iremos propor uma forma de utilizar um pequeno módulo com um regulador de tensão diretamente em uma matriz de contatos.
Nota: Artigo publicado na revista Eletrônica Total 123 de 2007.
Em geral novos projetos são desenvolvidos em uma matriz de contatos e posteriormente passados para uma placa de circuito impresso. Para facilitar e agilizar a montagem da etapa reguladora de tensão, propomos a utilização de um pequeno módulo a ser usado diretamente na matriz de contatos, como mostram as figuras 1 e 2.
O leitor poderá imaginar qual a finalidade de um regulador de tensão na matriz de contatos, uma vez que geralmente temos disponível uma fonte que poderia alimentar todo o projeto em desenvolvimento.
Podemos destacar que não é raro um projeto utilizar dois tipos de tensão, onde, por exemplo, uma parte do circuito é alimentada com 12 V para acionamento de relés e outra com 5 V para os circuitos lógicos.
Para ficar mais interessante, iremos apresentar dois projetos. O primeiro empregando um regulador com tensão fixa e outro com tensão ajustável. Ambos usam componentes bastantes conhecidos e de fácil aquisição no mercado.
Observe que ambos os projetos incluem somente a parte de estabilização, sendo necessária ainda uma fonte ou transformador externo, como aparece na figura 1. Esta fonte externa pode ser aproveitada ou montada pelo leitor, conforme uma das três sugestões apresentadas na figura 3.
Regulador fixo
O primeiro projeto apresentado é um regulador de tensão fixo utilizando os tradicionais reguladores da família 78XX, onde podemos encontrar valores de saída entre 5 e 24 V.
Na tabela 1 temos a listagem destes componentes, na qual podemos destacar algumas características importantes, como a máxima e mínima tensão de entrada e na figura 4 temos a identificação dos terminais.
Outra característica desta família é que todos os modelos têm proteção contra curto-circuito na saída e limitação contra excesso de temperatura, tornando-se assim excelentes opções para a maioria dos projetos.
Caso seja necessário, o leitor poderá montar diversos módulos com reguladores de valores diferentes ou optar pela montagem do regulador ajustável, visto mais adiante.
O circuito ilustrado na figura 5 é baseado em informações do Datasheet (folha de dados) deste componente.
A tensão de entrada é fornecida por uma fonte externa e conectada ao circuito através do conector CN1. Este conector, também conhecido como -P4" ou "Power Jack- é o mesmo utilizado pela maioria das fontes de alimentação encontradas no mercado: porém como existe uma grande variedade de modelos e dimensões destes conectores, é recomendado que se adquira um "par casado" (macho e fêmea) deste componente.
A ponte de diodos formada por D1 a D4 tem dois tipos de operação, con-forme a fonte de alimentação externa usada. Se ela for do tipo CA (Corrente Alternada), estes diodos fazem o papel de um retificador em ponte.
O capacitor C1 faz a filtragem da fonte e a sua tensão de trabalho, por questões de segurança, deve ser superior à tensão de entrada.
No caso da fonte de alimentação tipo CA (somente o transformador), após a retificação e filtragem a tensão será cerca de 1.4 vezes maior que a medida no transformador.
Por exemplo, se utilizarmos um transformador de 12 V CA, a tensão que teremos sobre o capacitor C1 será de:
12 X 1,4 = 16,8 V
Caso a fonte seja do tipo CC (Corrente Continua), estes diodos fazem o papel de "polarizador" e com isto não é necessário descobrir que é o positivo e o negativo da fonte externa.
Desta forma temos uma entrada universal, limitada apenas quanto à máxima tensão de entrada do regulador utilizado (veja a tabela 1) e pelo valor da tensão do capacitor C1.
É importante lembrar que em um circuito de CC os diodos nesta disposição irão provocar uma queda de aproximadamente 0,6 V. Sendo assim. se usarmos uma fonte externa com 12 V. teremos na entrada do Cl regulador cerca de:
12 — 0,6 = 11,4 V
Com este valor podemos colocar apenas os reguladores de 5. 6, 8 e 9 V.
Os capacitores C2 C3 e C4 são utilizados para melhorar a estabilidade do regulador. O LED1 serve para indicar que o circuito está alimentado e a função do diodo D5 é proteger o regulador.
Lembre-se que para o regulador funcionar adequadamente, a tensão de entrada deverá ser superior em cerca de 2 V da tensão nominal do regulador: por exemplo, para o regulador 7805 devemos ter pelo menos 7 V na sua entrada.
Na figura 6 temos uma sugestão para a placa de circuito impresso, enquanto a figura 7 mostra a disposição dos componentes na placa.
Montagem
Devem ser observadas as orientações básicas seguidas em todas as montagens, principalmente quanto ao excesso de calor e a posição dos componentes polarizados, como os capacitores eletrolíticos, diodos e o LED além do CI.
Observe que devido às reduzidas dimensões da placa, alguns componentes (D1 a D4 e R1) são montados na vertical (em pé), como mostra a figura 8 e o capacitor C4, mostrado na figura 9, pode ser montado de duas formas, dependendo do seu tamanho. Não esqueça de soldar a ponte P1, ao lado do capacitor C3 Esta ponte pode ser feita com a sobra de um terminal de algum componente.
Soldagem dos terminais (barra de pinos)
Talvez um dos pontos críticos desta montagem seja a soldagem dos terminais que serão inseridos na matriz de contatos.
Como a nossa placa é de face simples, os terminais devem ser soldados na face do cobre, ou seja, do lado de baixo. Para estes terminais são utilizadas duas barras de pinos de 90° e para criar uma maior robustez no conjunto, foi elaborada uma grande área para sua soldagem, evitando assim que ilhas pequenas fossem arrancadas ao retirar o módulo da matriz de contatos.
Nossa placa foi planejada para que os três pinos centrais sejam o alinhamento para o terminal e os dois extremos servirão de reforço na soldagem. Para isto devemos deixar os três pinos centrais retos, observe a figura 10.
Na figura 11 podemos ver os terminais inseridos antes e depois de soldados na placa. Durante a sua soldagem empregue uma boa quantidade de solda. de forma que preencha toda a área de cobre, porém evite demorar muito nesta operação. Pois existe o risco do excesso de calor descolar esta área de cobre.
Dissipador de calor
A utilização de um dissipador de calor é bastante recomendada, pois dependendo da tensão de entrada e/ou da corrente drenada pelo seu projeto, o regulador pode aquecer demais, acionando a sua proteção térmica e com isto a tensão de saída vai diminuir.
A placa de circuito impresso foi planejada para abrigar internamente um dissipador com as medidas apresentadas na figura 12.
Observe que usando este modelo, alguns componentes (R1. LED1 e C2) ficam entre as suas aletas. Caso o leitor não encontre um dissipador com estas dimensões, poderá adotar uma solução mais simples, como mostra a figura 13, onde é colocada apenas uma chapa lisa de alumínio com cerca 3 cm X 6 cm em forma de -U".
Outro detalhe sobre o dissipador adotado é que ele tem uma guia que serve para sua fixação na placa através de dois pequenos parafusos. Desta forma, o conjunto fica mais robusto, permitindo inclusive que o módulo seja retirado da matriz de contatos puxado pelo dissipador. Se for utilizar um parafuso para sua fixação, verifique se a cabeça do parafuso não está encostando em alguma trilha.
Regulador ajustável
O projeto do regulador ajustável segue as mesmas características do regulador fixo, porém neste caso é utilizado o regulador LM317, onde podemos ver algumas de suas características na tabela 2 e a identificação dos terminais na figura 14.
O circuito exibido na figura 15 também é baseado no Datasheet do componente, onde temos uma maior estabilidade e proteção com a inclusão de alguns poucos componentes.
Da mesma forma que o projeto anterior, a fonte externa é conectada ao circuito por meio do conector CN1 e a ponte de diodos formada por D1 a D4 também faz os dois tipos de operação, conforme a fonte de alimentação externa utilizada (CA ou CC). O capacitor C1 faz a filtragem da fonte e a sua tensão de trabalho, por questões de segurança, deve ser superior a tensão de entrada.
Os capacitores C2. C3 e C4 proporcionam uma melhor estabilidade ao circuito enquanto os diodos D5 e D6 fazem a proteção do regulador.
O ajuste de tensão é feito pelo divisor formado por R2 e TP1. Quando o terminal de referência do regulador estiver em 0 V (zero volt), teremos na saída do CI 1.25 V. que é a tensão de referência interna.
A máxima tensão pode ser calculada empregando-se a seguinte formula:
Saída = 1.25 V (1 + TP1 / R2) ladj TP1
Como o valor de Iadj TP1 (corrente de TP1) é muito pequeno (cerca de 100 µA) podemos desprezá-lo para facilitar os cálculos. Desta forma, podemos calcular a máxima tensão de saída usando os valores comerciais para R2 (220 Ω) e TP1 (4.7 kΩ):
Saída = 1,25 (1 + 4700 / 220) = 27,97 V
Lembrando que este valor depende da tolerância dos componentes empregados e da tensão da fonte externa, que deve ser de pelo menos 30 V.
Na figura 16 temos uma sugestão para a placa de circuito impresso, enquanto a figura 17 ilustra a disposição dos componentes na placa.
Montagem
Siga as mesmas recomendações do projeto do regulador fixo, tanto para a soldagem dos terminais (barra de pinos) quanto para a colocação do dissipador de calor. Fique atento aos componentes que são montados na vertical e aos que estão entre as aletas do dissipador.
Testes dos reguladores
Os testes para ambos os circuitos são bastante simples e basicamente resumem-se a conectar a fonte de alimentação externa no conector CN1 verificar se o LED acende e medir a tensão na saída do módulo, como mostra a figura 18.
No caso do regulador fixo, basta verificar se a tensão está dentro dos valores de acordo com o regulador utilizado e no regulador ajustável, variando o trimpot TP1, devemos encontrar uma tensão de no mínimo 1,25 V, e no máximo uma tensão perto do valor da fonte de alimentação externa, limitada em 27,94V.
Lembre-se que a corrente máxima dos reguladores é de cerca de 1 a 1,5 A, dependendo do fabricante e que a corrente final também é determinada pela fonte de alimentação externa. Não adianta utilizar uma pequena fonte de 100 mA pensando que é possível alimentar um circuito que consuma 1 A.
Pela simplicidade de ambos os circuitos será pouco provável que não vá funcionar de primeira, porém se algo der errado, desligue a fonte externa e verifique com atenção toda a montagem, em busca de um componente invertido ou alguma trilha em curto. Caso esteja tudo correto, com o circuito alimentado, meça a tensão que chega na entrada do regulador. Neste ponto devemos encontrar um valor próximo ao da fonte de alimentação externa. Se existir tensão neste ponto e nada na sua saída, provavelmente o regulador está danificado. Verifique também a fonte de alimentação externa.
Nenhum componente é crítico nesta montagem, porém devem ser observadas a dimensões físicas, principalmente dos capacitores e do trimpot, para que caibam na placa.
Utilização prática
Após os testes podemos usar os módulos reguladores. A sua utilização é bastante simples, como ilustra a figura 19, onde é inserido o módulo, geralmente na última posição (à direita) da matriz de contatos e assim teremos na linha horizontal superior a tensão regulada positiva e na linha inferior teremos 0 V ou (terra)
Outros tipos de matrizes de contatos
Atualmente podemos encontrar uma grande variedade de matrizes de contato no mercado. A maioria segue o padrão apresentado na figura 20, onde todos os conjuntos 5 contatos da linha horizontal superior são interligados, formando assim um barramento empregado para alimentação positiva, enquanto que o inferior é usado para a linha de 0 V (terra).
O módulo descrito neste artigo foi dimensionado para uso nas matrizes de contatos com as mesmas dimensões do modelo Pront-o-Labor.
Caso o leitor disponha de um modelo com características ou dimensões diferentes, deverá prever os devidos ajustes no momento da soldagem dos terminais ou modificações no layout da placa.
Fabricantes dos reguladores
Existem também diversos fabricantes para este componente e é compreensível que haja algumas diferenças técnicas entre eles.
Na tabela 3 podemos comparar alguns valores encontrados nos Datasheets do regulador fixo 7805 de alguns fabricantes. Por isto, para melhor conhecer as características e limites do componente utilizado, recomendamos que seja feita uma pesquisa sobre o mesmo no site do fabricante em busca de mais informações sobre o componente.
Considerações finais
Devido às pequenas dimensões e facilidade de utilização destes módulos, acreditamos que seja uma boa ferramenta de auxílio para o desenvolvimento ou montagem dos mais variados projetos, seja para o profissional, estudante ou hobista.
Mesmo que o leitor não use o módulo em uma matriz de contatos, poderá aproveitar o projeto que devido ao pequeno tamanho, não será difícil de acomodar dentro de um gabinete apropriado para uma fonte de alimentação regulada. Neste caso, poderão ser descartados alguns componentes como o conector e os terminais (barra de pinos). Mas é necessário que se substitua o trimpot por um potenciômetro, no caso do regulador ajustável.
