Fonte ajustável com MOSFET

Tutorial: fonte ajustável com MOSFET Deixe um comentário

É bastante comum precisarmos de uma fonte de tensão ajustável, seja para usar na bancada (para gerar uma tensão para alimentar um circuito em teste), seja para usar em um projeto que requeira uma tensão variável. Neste tutorial veremos como montar uma fonte de tensão ajustável bastante versátil com poucos componentes.

Fonte ajustável com MOSFET

Qual é a função do transistor MOSFET?

Transistores de efeito de campo (FET) são dispositivos onde um campo elétrico é usado para controlar uma corrente. Um FET possui três terminais:

  • Source (fonte) por onde entra* a corrente;
  • Drain (dreno) por onde sai* a corrente;
  • Gate (porta) através do qual a corrente do dreno é controlada..

Fonte ajustável com MOSFET

* Dependendo do tipo de FET, “entrar corrente” pode corresponder a entrar ou sair elétrons e, portanto, a uma corrente convencional positiva ou negativa. No nosso circuito, vamos usar um MOSFET do tipo N e a corrente convencional vai entrar pelo dreno e sair pela fonte (o fluxo de elétrons será no sentido contrário).

Os MOSFETs são FETs confeccionados através da oxidação controlada de semicondutores. Esta técnica se mostrou vantajosa em criar transistores compactos, fáceis de produzir em grande quantidade e capazes de suportar tensões e correntes elevadas.

MOSFETs são utilizados em diversas aplicações:

  • No chaveamento em circuitos digitais, incluindo microprocessadores;
  • No chaveamento de tensões e correntes elevadas;
  • Na amplificação de sinais analógicos.

Como funciona a fonte ajustável

No nosso projeto, vamos usar um MOSFET como se fosse um resistor controlado por tensão. Variando a tensão na porta, a relação entre a corrente no dreno e a tensão entre fonte e dreno varia, como mostra este gráfico extraído de um datasheet (a vertical é a corrente no dreno, a horizontal é tensão entre fonte e o dreno e cada curva corresponde a uma tensão entre porta e fonte):

Fonte ajustável com MOSFET

Nosso circuito é dividido em três partes:

Fonte ajustável com MOSFET

A parte A gera a tensão DC que será a entrada para o MOSFET. No esquema, estamos usando um transformador ligado a uma ponte de diodos e um capacitor. Você pode substituir esta parte por uma fonte de tensão fixa pronta.

A parte B é o circuito do MOSFET. Um potenciômetro é usado para variar a tensão da porta. A resistência aparente do MOSFET varia e com isso a diferença de tensão entre a fonte e o dreno.

Por último, a parte C utiliza um transistor bipolar NPN comum para limitar a corrente de saída (por proteção), reduzindo a tensão na porta se a corrente de saída passar de um certo valor.

Projeto: Fonte ajustável com MOSFET

Partes Necessárias:

Para gerar a tensão de entrada (você pode substituir isso por uma fonte DC fixa):

  • 1 transformador de 110/220V para 15V, 500 mA. Note que estas tensões são AC e, normalmente, um transformador dá uma saída ligeiramente mais alta quando sem carga. A tensão DC que será gerada será 2 vezes a tensão AC do secundário. Para este circuito, você pode usar transformadores com secundário de até 18V (o que corresponde a uma tensão DC de 25V);
  • 4 diodos 1N4001. Você pode também usar uma ponte de diodos pronta, com capacidade de, pelo menos, 50V x 0,5A;
  • 1 capacitor eletrolítico de 2200µF x 50V.

Para o circuito de controle da tensão gerada:

  • 1 MOSFET IRF540;
  • 1 dissipador para o MOSFET. Atenção que a carcaça do IRF540 está conectado ao dreno, se necessário use um isolador de mica;
  • 1 potenciômetro linear de 100K;
  • 1 resistor de 39K ¼ W.

Para o circuito limitador de corrente:

  • 1 transistor 2N3904;
  • 2 resistores de 6R8 1/4W. O valor destes resistores depende do ganho do transistor. Na minha montagem, este valor limitou a corrente a um pouco menos de 200mA, que é o máximo que recomendo para este circuito. Atenção que cada resistor precisa dissipar R * 0,1² watts.

Circuito:

O esquema abaixo mostra o circuito completo com os respectivos valores.

Fonte ajustável com MOSFET

É importante destacar que a saída desta fonte não é regulada, podendo mudar conforme a carga ligada, variações na rede elétrica, temperatura, etc. Não é também um circuito eficiente: a potência correspondente diferença de tensão entre a entrada e saída, multiplicada pela corrente, é dissipada na forma de calor (daí a importância de colocar um dissipador no MOSFET).

Conclusão

Neste tutorial, conhecemos o MOSFET e vimos o seu uso como um resistor controlado por tensão para criar uma fonte de tensão variável. Apesar de não ser uma fonte particularmente eficiente e estar limitada a uma corrente de 200mA, esta fonte é suficientemente simples e versátil para ser uma adição útil a sua bancada.

Agora, que tal você montar a sua fonte ajustável? E, se quiser, você pode postar seu projeto na nossa Comunidade Maker no Facebook.

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