Etapas para construir circuitos eletrônicos

Etapas para construir circuitos eletrônicos
O que é um circuito e por que precisamos construir um circuito?

Antes de entrar em detalhes sobre como um circuito é projetado, vamos primeiro saber o que é um circuito e por que precisamos construir um circuito.



Um circuito é qualquer laço através do qual a matéria é transportada. Para um circuito eletrônico, a matéria transportada é a carga pela eletrônica e a fonte desses elétrons é o terminal positivo da fonte de tensão. Quando essa carga flui do terminal positivo, através do loop, e atinge o terminal negativo, diz-se que o circuito está concluído. No entanto, este circuito consiste em vários componentes que afetam o fluxo de carga de várias maneiras. Alguns podem atrapalhar o fluxo de carga, alguns podem simplesmente armazenar ou dissipar a carga. Alguns requerem uma fonte externa de energia, alguns fornecem energia.


Pode haver muitos motivos pelos quais precisamos construir um circuito. Às vezes, podemos precisar acender uma lâmpada, ligar um motor, etc. Todos esses dispositivos - uma lâmpada, um motor, LED são o que chamamos de cargas. Cada carga requer uma certa corrente ou tensão para iniciar sua operação. Esta tensão pode ser uma tensão DC constante ou uma tensão AC. Porém, não é possível construir um circuito apenas com uma fonte e uma carga. Precisamos de mais alguns componentes que ajudem no fluxo adequado de carga e processem a carga fornecida pela fonte de forma que uma quantidade apropriada de carga flua para a carga.





Um exemplo básico - fonte de alimentação DC regulada para executar um LED

Deixe-nos um exemplo básico e as regras passo a passo na construção do circuito.

Declaração do Problema : Projete uma fonte de alimentação CC regulada de 5 V que pode ser usada para acionar um LED, usando a tensão CA como entrada.



Solução : Todos vocês devem estar cientes da fonte de alimentação CC regulamentada. Se não, deixe-me dar uma breve ideia. A maioria dos circuitos ou dispositivos eletrônicos requerem uma tensão DC para o seu funcionamento. Podemos usar baterias simples para fornecer a voltagem, mas o maior problema com as baterias é sua vida útil limitada. Por esse motivo, a única maneira que temos é converter a tensão CA de nossas casas para a tensão CC necessária.


Tudo o que precisamos é converter essa tensão CA em tensão CC. Mas não é tão simples quanto parece. Portanto, vamos ter uma breve ideia teórica sobre como a tensão CA é convertida em tensão CC regulada.

Retificador de Ponte

Diagrama de bloco por ElProCus

A teoria por trás do circuito

  1. A tensão CA da fonte em 230 V é primeiro reduzida para CA de baixa tensão usando um transformador redutor. Um transformador é um dispositivo com dois enrolamentos - primário e secundário, em que a tensão aplicada ao longo do enrolamento primário aparece através do enrolamento secundário em virtude do acoplamento indutivo. Como a bobina secundária tem um número menor de voltas, a tensão no secundário é menor do que a tensão no primário para um transformador abaixador.
  2. Esta baixa tensão CA é convertida em tensão CC pulsante usando uma ponte retificadora. Um retificador de ponte é um arranjo de 4 diodos colocados na forma de ponte, de modo que o ânodo de um diodo e o cátodo de outro diodo seja conectado ao terminal positivo da fonte de tensão e da mesma forma o ânodo e o cátodo de outros dois diodos são conectado ao terminal negativo da fonte de tensão. Além disso, os cátodos de dois diodos são conectados à polaridade positiva da tensão e o ânodo de dois diodos é conectado à polaridade negativa da tensão de saída. Para cada meio ciclo, o par oposto de diodos de condução e tensão CC pulsante é obtido através dos retificadores em ponte.
  3. A tensão CC pulsante assim obtida contém ondulações na forma de tensão CA. Para remover essas ondulações, é necessário um filtro que filtre as ondulações da tensão CC. Um capacitor é colocado em paralelo à saída de forma que o capacitor (por causa de sua impedância) permita que os sinais CA de alta frequência passem e sejam desviados para o solo e o sinal de baixa frequência ou CC seja bloqueado. Assim, o capacitor atua como um filtro passa-baixa.
  4. A saída produzida a partir de um filtro de capacitor é a tensão CC não regulada. Para produzir uma tensão DC regulada, é usado um regulador que desenvolve uma tensão DC constante.

Portanto, vamos agora começar a projetar um circuito simples de alimentação regulada AC-DC para acionar um LED.

Passos na construção do circuito

Etapa 1: Projeto de circuito

Para projetar um circuito, precisamos ter uma ideia sobre os valores de cada componente requerido no circuito. Vamos agora ver como estamos projetando um circuito de alimentação DC regulado.

1. Decida o regulador a ser usado e sua tensão de entrada.

Aqui, precisamos ter uma tensão constante de 5 V a 20 mA com a polaridade positiva da tensão de saída. Por esse motivo, precisamos de um regulador que forneça uma saída de 5V. Uma escolha ideal e eficiente seria o regulador IC LM7805. Nosso próximo requisito é calcular o requisito de tensão de entrada para o regulador. Para um regulador, a tensão de entrada mínima deve ser a tensão de saída adicionada por um valor de três. Nesse caso, para ter uma tensão de 5 V, precisamos de uma tensão de entrada mínima de 8 V. Vamos nos estabelecer para entrada de 12V.

Regulador 7805 pelo Flickr

Regulador 7805 por Flickr

2. Decida o transformador a ser usado

Agora, a tensão não regulada produzida é uma tensão de 12V. Este é o valor RMS da tensão secundária necessária para um transformador. Como a tensão primária é 230 V RMS, ao calcular a relação de espiras, obtemos um valor de 19. Portanto, temos que obter um transformador com 230 V / 12 V, ou seja, um transformador de 12 V, 20 mA.

Transformador de redução por Wiki

Abaixe o transformador por Wiki

3. Decida o valor do capacitor do filtro

O valor do capacitor de filtro depende da quantidade de corrente consumida pela carga, da corrente quiescente (corrente ideal) do regulador, da quantidade de ondulação permitida na saída CC e do período.

Para a tensão de pico no primário do transformador ser 17 V (12 * sqrt2) e a queda total nos diodos ser (2 * 0,7 V) 1,4 V, a tensão de pico no capacitor é cerca de 15 V aprox. Podemos calcular a quantidade de ondulação permitida pela fórmula abaixo:

∆V = VpeakCap- Vmin

Conforme calculado, Vpeakcap = 15V e Vmin é a entrada de tensão mínima para o regulador. Assim, ∆V é (15-7) = 8V.

Agora, Capacitância, C = (I * ∆t) / ∆V,

Agora, sou a soma da corrente de carga mais a corrente quiescente do regulador e I = 24mA (a corrente quiescente é cerca de 4mA e a corrente de carga é 20mA). Também ∆t = 1 / 100Hz = 10ms. O valor de ∆t depende da frequência do sinal de entrada e aqui a frequência de entrada é 50Hz.

Substituindo assim todos os valores, o valor de C passa a ser em torno de 30microFarad. Então, vamos selecionar um valor de 20microFarad.

Um capacitor de eletrólito da Wiki

Um capacitor de eletrólito por Wiki

4. Decida o PIV (tensão de pico inverso) dos diodos a serem usados.

Uma vez que a tensão de pico através do transformador secundário é de 17 V, o PIV total da ponte de diodo é de cerca de (4 * 17), ou seja, 68 V. Portanto, temos que estabelecer diodos com uma classificação PIV de 100 V cada. Lembre-se de que PIV é a tensão máxima que pode ser aplicada ao diodo em sua condição de polarização reversa, sem causar interrupção.

Diodo de junção PN por nojavanha

Diodo de junção PN por Nojavanha

Passo 2. Desenho e Simulação de Circuito

Agora que você tem uma ideia dos valores de cada componente e de todo o diagrama de circuito, vamos começar a desenhar o circuito usando um software de construção de circuito e simular.

Aqui, nossa escolha de software é Multisim.

Janela Multisim

Janela Multisim

Abaixo estão as etapas fornecidas para desenhar um circuito usando o Multisim e simulá-lo.

  1. No painel da janela, clique no seguinte link: Iniciar >>> Programas -> National -> Instrumentos -> Circuit design suite 11.0 -> multisim 11.0.
  2. Uma janela de software multisim aparece com uma barra de menu e um espaço em branco semelhante a uma placa de ensaio, para desenhar o circuito.
  3. Na barra de menu, selecione local -> componentes
  4. Aparece uma janela com o título 'selecionar os componentes'
  5. Sob o título 'Banco de dados' - selecione 'Banco de dados mestre' no menu suspenso.
  6. Sob o título ‘grupo’ - selecione o grupo necessário. Se você quiser ir para uma fonte de tensão ou corrente ou aterramento. Se você quiser ir para qualquer componente básico como um resistor, um capacitor, etc. Aqui primeiro temos que colocar a fonte de alimentação CA de entrada, portanto, selecione Fonte -> Fontes de alimentação -> AC_power. Depois que o componente for colocado (clicando no botão ‘ok’), defina o valor da tensão RMS para 230 V e a frequência para 50Hz.
  7. Agora, novamente na janela de componentes, selecione basic, depois transformador e, em seguida, selecione TS_ideal. Para um transformador ideal, a indutância de ambas as bobinas é a mesma, para atingir a saída temos a alteração da indutância da bobina secundária. Agora sabemos que a razão da indutância das bobinas do transformador é igual ao quadrado da razão de espiras. Uma vez que a relação de espiras necessária neste caso é 19, portanto, temos que definir a indutância da bobina secundária para 0,27 mH. (A indutância da bobina primária é de 100mH).
  8. Na janela de componentes, selecione básico, em seguida diodos e, a seguir, selecione o diodo IN4003. Selecione 4 desses diodos e coloque-os em um arranjo retificador de ponte.
  9. Nas janelas de componentes, selecione basic, depois Cap _Electrolytic e selecione o valor do capacitor como 20microFarad.
  10. Na janela de componentes, selecione potência e, em seguida, Voltage_ Regulator e, em seguida, selecione ‘LM7805’ no menu suspenso.
  11. Na janela de componentes, selecione diodos e, em seguida, selecione LED e, no menu suspenso, selecione LED_verde.
  12. Usando o mesmo procedimento, selecione um resistor com o valor de 100 Ohms.
  13. Agora que temos todos os componentes e uma ideia sobre o diagrama de circuito, vamos começar a desenhar o diagrama de circuito na plataforma multi sim.
  14. Para desenhar o circuito, temos que fazer conexões adequadas entre os componentes usando fios. Para selecionar os fios, vá para Local e depois faça o fio. Lembre-se de conectar os componentes apenas quando um ponto de junção aparecer. No multisim, os fios de conexão são indicados pela cor vermelha.
  15. Para obter uma indicação da tensão na saída, siga as etapas fornecidas. Vá para o local, em seguida, ‘Componentes’, então ‘indicador’, então ‘Voltímetro’ e selecione o primeiro componente.
  16. Agora seu circuito está pronto para ser simulado.
  17. Agora clique em ‘Simular’ e selecione ‘Executar’.
  18. Agora você pode ver o LED na saída piscar, o que é indicado pelas setas na cor verde.
  19. Você pode verificar se está obtendo o valor correto de voltagem em cada componente colocando um voltímetro em paralelo.
Um diagrama de circuito simulado completo

Um diagrama de circuito simulado completo por ElProCus

Agora você tem uma ideia sobre como projetar uma fonte de alimentação regulada para cargas que requerem uma tensão DC constante, mas e as cargas que requerem tensão DC variável. Deixo você com esta tarefa. Além disso, quaisquer dúvidas sobre este conceito ou elétrico e projetos eletrônicos Forneça suas idéias na seção de comentários abaixo.

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