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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SÃO PAULO Campus São José dos Campos - SJC

Projeto – Fonte Simétrica Variável

Curso: Engenharia de Controle e Automação

Disciplina: Eletrônica Analógica Prática/ Teórica

Professor: Marcus Vinicius/ Clécio Fischer

Nome: Guilherme Scarpel

Data: 15/12/2020

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Objetivo No referente a matéria de Eletrônica Analógica, aplicada em âmbitos práticos e teóricos pelos professores Marcus Vinicius e Clécio Fischer, respectivamente, no Instituto Federal de São Paulo – Campus Petrobrás, o uso e resultado de componentes eletrônicos são de suma importância. Este relatório tem como objetivo, avaliar e descrever o funcionamento de uma Fonte Simétrica Variável, descrevendo de que maneira ela opera e quais são seus custos de operação. Para atingir esse objetivo, foram realizadas diversas pesquisas e estudos além de utilizar os softwares MultiSim e Eagle com o intuito de avaliar os resultados de um circuito na prática e comparar os seus resultados obtidos com os cálculos teóricos. Para que, desta forma, se torne possível a elaboração de um estudo dos valores e do comportamento dos componentes durante a simulação do circuito ao se elaborar a montagem do citado. Conseguinte a isso, avaliar seus custos de produção e operação, além de avaliar quais são os seus efeitos e diferenças práticos e teóricos. Como predicado básico, este relatório irá analisar o comportamento de uma fonte varíavel em um circuito, analisando os componentes eletrônicos envolvidos e suas reações.

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Sumário Capítulo 1 - Introdução .................................................................................... 4 1.1

Conceitos do Projeto ............................................................................ 4

1.2

Revisão Bibliográfica............................................................................ 5

Capítulo 2 - Experimento ................................................................................. 5 2.1

Ferramentas Utilizadas ........................................................................ 5

2.1.1

MultiSim ............................................................................................... 6

2.1.2

Eagle .................................................................................................... 6

2.1.3

MatLab ................................................................................................. 7

2.1.4

Excel .................................................................................................... 7

Capítulo 3 - Desenvolvimento .......................................................................... 8 3.1

Resultados ........................................................................................... 8

3.2

Custos .................................................................................................. 9

Capítulo 4 - Conclusão .................................................................................. 11

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Capítulo 1 – Introdução 1.1

Conceitos do Projeto Numa fonte de alimentação do tipo linear, a tensão alternada da rede

elétrica é aumentada ou reduzida por um transformador, retificada por diodos ou ponte de diodos retificadores para que somente os ciclos positivos ou os negativos possam ser usados, a seguir estes são filtrados para reduzir o ripple (ondulação) e finalmente regulados pelo circuito regulador de tensão.

Figura 1 – Exemplo de Montagem

Para o desenvolvimento deste projeto, será utilizado algumas referências bibliográficas para eventuais consultas. Utilizando estes instrumentos referidos como meio buscando atingir o esperado no desenvolvimento e resultado do projeto. Porém, para entender o funcionamento de uma fonte linear e suas particularidades, foi realizada uma pesquisa e apurada as informações essenciais. Diante disto, conforme será mencionado no Tópico de Referências Bibliográficas, os materiais utilizados para base de pesquisa foram vitais para o entendimento do sistema.

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Figura 2 – Diagrama de bloco

O diagrama de blocos é constituído de um transformador abaixador, retificador, filtro capacitivo, regulador e filtro para proteção contra eventuais pulsos de comutação rápida. 1.2

Revisão Bibliográfica Para um projeto de circuitos que empregue amplificadores operacionais

ou ainda nas aplicações práticas, é preciso contar com uma fonte simétrica. Embora a tendência seja usar nestes projetos um regulador positivo e um regulador negativo de tensão, esta não é a única solução possível. Confoem será descrito, exempleficaremos a utilização do citado com as tensões propostas. Os amplificadores operacionais (AOs) são elementos básicos de muitos projetos de controles industriais, interfaces com sensores, aplicações em eletrônica de consumo e automotiva. No entanto, na maioria das aplicações é necessário alimentar estes amplificadores com duas tensões: uma negativa e outra positiva.

Capítulo 2 – Experimento 2.1

Ferramentas Utilizadas Para atingir o objeto de estudo e avaliar os resultados, foi utilizado o

software MultiSim para que seja possível avaliar o funcionamento do circuito mais próximo da prática e os gráficos gerados por suas tensões. Para realizar as montagens da PCI também foi utilizado o software Eagle para que com o auxílio dos cálculos realizados em anexo ao MatLab se tornasse possível averiguar o funcionamento prático do circuito. Além dos citados, foi utilizado a ferramenta

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Excel para que os valores sejam registrados e diante disso, o gráfico seja plotado para que se possa analisar uma curva de tendência. 2.1.1 Multisim O software é um poderoso ambiente de captura e simulação esquemática que engenheiros, alunos e professores podem usar para simular circuitos eletrônicos e protótipos de placas de circuito impresso (PCBs). Devido a este fato, foi escolhido para construção do circuito elétrico dentro de sua plataforma.

Figura 3 – Circuito elaborado (Fonte Própria)

Conforme exemplo Figura 3, foi elaborado o layout do circuito de exemplo proposto e avaliado os resultados que o software indicava de acordo com os circuitos realizados. O demonstrado na figura anterior foi o circuito inicial do que foi proposto ao se elaborar ao se realizar o projeto no software. Graças aos recursos utilizados, foi possível desenvolver o sistema e obter seus valores próximo do que seria obtido em um circuito prática, dando grande fidelidade a simulação. 2.1.2 Eagle O EAGLE é um aplicativo de automação de design eletrônico programável com captura esquemática, layout da placa de circuito impresso, roteador automático e recursos de fabricação auxiliados por computador. Buscando elaborar uma montagem mais precisa e obter a PCI da placa de circuito impresso deste projeto, o software se mostrou fundamental para atingir as simulações propostas.

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Figura 4 – Exemplo de Funcionamento (Fonte Própria)

2.1.3 MatLab MATLAB trata-se de um software interativo de alta performance voltado para o cálculo numérico. O software integra análise numérica, cálculo com matrizes, processamento de sinais e construção de gráficos em ambiente fácil de usar onde problemas e soluções são expressos somente como eles são escritos matematicamente, ao contrário da programação tradicional. Diante do descrito, se tornando de grande importância para obter resultados precisos para o circuito ao se aplicar as fórmulas propostas. 2.1.4 Excel Ferramenta habitualmente utilizada para organização de dados e valores, o Excel tem grande uso engenheiros devido a sua facilidade e capacidade simultânea de organização de dados. Para este experimento, foi utilizado alguns de seus recursos oferecidos aos usuários, a partir do momento que os valores do circuito eram registrados, o próprio software desenvolveu os resultados. Desta forma garantindo padronização de julgamento dos dados além de otimização do tempo. Após o descrito, foi gerenciado para que o software plotasse um gráfico diante dos resultados obtidos e seus respectivos fasores. Sendo assim, possível avaliar os efeitos ao se elaborar uma fonte simétrica variável e se os resultados estavam de acordo com a variação esperada.

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Capítulo 3 – Desenvolvimento 3.1

Resultados Seguindo as instruções do projeto, foi elaborado e calculado os respectivos

valores requisitados para se obter valores próximos do ideias, garantindo que o cicuito funcione de maneira correta e funcional, sem a utilização de grandes componentes encarecendo o projeto. Para esta primeira parte, foi avaliado a proposta e utilizado os materiais desenvolvidos no decorrer do curso. Desta forma, sendo possível utilizar os materiais bases de apoio para elaborar o projeto e avaliar quais componentes serão utilizados, os cálculos a serem feitos e os resultados esperados. Desta maneira, será apresentado os componentes que foram utilizados para a realização deste projeto: -Transformador com o primário de acordo com a rede local. T1 - 5+5VX1A; - Circuito integrado regulador positivo de tensão. CI 1 – 7812 (5V); - Circuito integrado regulador positivo de tensão. CI 2 – 7805 (5V); - Circuito integrado regulador negativo de tensão. CI 3 – 7912 (-5V); - Diodos de silício – D1 a D4 – 1N4007; - Resistor – R1 e R2 – 4,7kΏ x 1/2W; - Led vermelho comum. LED 1 a LED 2; - Capacitores eletrolíticos – C1 e C2 – 2.2mF x 35V; - Capacitores eletrolíticos – C3 e C4 – 0.1uF; - Fusível. F1 – 1A. Diversos: placa de circuito impresso, caixa para montagem, cabo de alimentação, suporte para fusível, suporte para LED, fios, solda, radiadores de calor para os integrados, etc.

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A montagem da fonte constitui-se de duas etapas, sendo a primeira etapa na matriz de contato e após na placa de circuito impresso. Diante dos componentes, ao elaborar montagem no eagle e partindo para a PCI obtivemos o seguinte resultado:

Figura 5 – Montagem da PCI (Fonte: Própria)

Foi feito o desenho da placa (EAGLE) e esquemático, depois de passado o desenho para placa, feita a avaliação, e simulação para efetuar a soldagem dos componentes. Com os componentes posicionador foi inserido o transformador no circuito, feito os ensaios previstos (tensões, formas de ondas e temperatura dos componentes quando aplicadas) e constatado o perfeito funcionamento. Com os resultados apontados, foi possível tomar nota e avaliar a funcionalidade e eficiência da fonte projetada. Tomando nota e partindo para a avaliação da funcionalidade, foi possível partir para avaliação dos custos de execução do projeto. 3.2 Custos A partir da pesquisa dos componentes smd e seu preço de mercado, diversas avaliações e ponderações foram realizadas para usar como base qual seria o valor de elaboração do projeto. Utilizando os recursos disponibilizados e oferecidos, foi possível avaliar os valores de forma mais precisa do que seria o esperado na prática. Partindo do pressuposto acolhido e ponderando alguns custos, conforme será descrito, o custo de elaboração do projeto se torna

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fundamental para execução prática do projeto e sua rentabilidade. Os componentes foram cotados, conforma demonstra a figura a seguir. Utilizando como paramêtros o modelo, quantidade, e preço encontrado. Desta forma, obtendo o valor indicado na Figura 6 e tomando como base para prosseguir a avaliação de custos.

Componente Regulador 7815 Regulador 7912 Regulador 7805 Diodo 1n4007 Led 5 mm Resistor Capacitor Eletrolítico Capacitor Eletrolítico Porta Fusível Fusível 1A Trafo 5V/2 A TOTAL

Quant. Valor 1 R$1,15 1 R$1,15 1 R$1,15 4 R$0,05 2 R$0,20 2 R$0,14 2 R$1,80 2 R$0,15 1 R$0,90 1 R$0,18 1 R$18,60 18 R$27,60

Figura 6 – Tabelação de Valores dos Componentes (Fonte: Própria)

Sendo difícil aferir de forma precisa visto que seria necessário conhecer quais máquinas e dispositivos estariam disponíveis para desenvolvimento e considerando que seriam realizadas manualmente, foram obtidos alguns valores considerados próximos ao ideal. Ao se elaborar um projeto manual, o tempo iria variar muito da experiência dos operadores. Em um projeto deste porte, deve-se considerar o tempo que será necessário também para obter os componentes necessários. Para elaboração deste projeto foram utilizados a cotação de produtos de sites como PCB Way e o Mouser, desta forma se tornando apto a considerar os mais diferentes tipos de custos, desde componentes até mesmo a entrega destes componentes e as possíveis avarias que podem acontecer durante sua operação.

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Com uma avaliação e utilização de materiais descritos na referência bibliográfica como base cálculo, foi observado que o custo de se elaborar 100 peças em sequência, teríamos um valor unitário próximo de: R$ 42,75. Para obtenção deste valor, foram cotados os componentes e considerado o custo das placas e seu frete, além de os procedimentos a serem realizados na mesma. Para complementar o valor, ao se analisar o tempo de produção médio de cada placa, utilizando como média o salário base de um engenheiro e um técnico por hora, foi acrescentado ao valor final a proporção para a realização da placa de fonte simétrica. A avaliação do custo de um projeto, é realizada de uma maneira muito empírica na qual pode acontecer diversas avarias no processo prático. Normalmente, estimativas de custos de projetos como esse destoam da realidade devido a sua imprecisão e constante necessidade de profunda avaliação. É recomendado que se faça um estudo mais aprofundado para maior assertividade, no entanto, considerando ser um projeto avulso sendo um pedido considerado pequeno para grandes empresas da área de eletrônica, o custo condiz com um valor próximo ao esperado, dentro das condições citadas.

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Capítulo 4 – Conclusão Ao analisarmos o projeto como um todo e seus objetivos propostos neste descrito relatório, fica evidente que a indisponibilidade de o realizar em um laboratório físico com o acompanhamento do professor, afetou desenvolvimento do projeto, além de ocasionar diferentes intepretações e resultados do projeto. Visto que em um projeto deste porte, na qual é algo constatemente requisitado para engenheiros, precisão e assertividade são fatores imprescíndiveis. Contudo, devido a pesquisa e das ferramentas obtidas nos tempos atuais, foi possível aferir um projeto com resultados próximos do esperado. E, com isso, o desenvolvimento dos dados e valores foram elaborados e estabelecidos. Com a teoria e prática anexado ao desenvolvido em mãos, foi possível notar pequenas diferenças e estabelecer os motivos destas diferenças, conforme destacado no projeto. Neste projeto foi possível constatar o funcionamento e comportamento de um projeto de fonte simétrica. Seu funcionamento, que já foi explicado, proporciona diversas vantagens ao operador além de, neste caso, ainda ser variável. Com as comparações e avaliações propostas, foi possível entender a sua aplicação na prática além de suas fórmulas e resultados obtidos. Sendo este, um circuito de grande importância na eletrônica analógica. Pelas razões apontadas na discussão deste presente relatório é conveniente afirmar que o uso de uma fonte simétrica, segue os estudos elaborados na disciplina de Eletrônica Analógica, visto a sua grande importância para este ramo da engenharia. Proporcionando desta forma um entendimento de como se aplica este tipo de fonte em situações práticas, além de se avaliar o custo de elaborar um projeto.

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Referência bibliográfica Boylestad Robert L., em 2013. Introdução a Análise de Circuitos. Pearson Education. Arlindo Neto, em 2019. Eletrônica Analógica e Digital Aplicada. Alta Books Editora. A. Bazzo. Dispositivos Eletrônicos. Disponível em: . Acesso em: 23/11/2020 – 16h00 GV Ensino. Fonte Linear. Disponível em: . Acesso em: 24/11/2020 – 19h47 Adrielle Moritsuka. ANÁLISE DE MODELOS DE ESTIMATIVA DE CUSTOS. Em: . Acessi em 10/12/2020 as 15h45 Autor Desconhecido. Fonte Simétricas. . Acesso em 10/12/2020 as 15h50

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Este modelo de Diodo foi escolhido devido ao seu fácil acesso e valor acessível, além de cumprir com os requisitos mínimos para o funcionamento....