Símbolos de Fonte de Alimentação: Tabela Completa e Guia

As fontes de alimentação são uma das partes mais fundamentais dos circuitos eletrónicos. Ao ler um esquema, pode encontrar diferentes símbolos relacionados com alimentação, incluindo fontes CA, fontes de tensão e referências de terra.

Embora alguns símbolos pareçam simples, cada um representa uma função elétrica específica. Compreender mal estes símbolos pode levar a ligações incorretas, comportamento inesperado do circuito ou até problemas de EMC em projetos de PCB.

Neste guia, irá aprender:

• A tabela completa de símbolos de fonte de alimentação, desde fontes CC e CA até baterias
• Como os símbolos de terra de proteção, chassis e sinal diferem entre si
• Porque é que as fontes dependentes utilizam um losango em vez de um círculo
• Onde as convenções de símbolos IEC e ANSI divergem
• Como cada símbolo se mapeia numa pegada de PCB real

Figura: Uma tabela completa de símbolos de fonte de alimentação

Tabela de símbolos de fonte de alimentação (referência rápida)

Catorze símbolos cobrem quase todas as fontes de alimentação que encontrará num esquema. Dividem-se em quatro famílias: fontes, baterias, terras e etiquetas de linha de alimentação.

O que é um símbolo de fonte de alimentação?

Um símbolo de fonte de alimentação é um símbolo gráfico normalizado utilizado em esquemas para representar uma fonte de alimentação, uma linha de alimentação ou uma ligação de referência.

Em vez de utilizar descrições escritas extensas, estes símbolos permitem aos engenheiros identificar funções elétricas de forma rápida e consistente.

Dependendo do tipo de símbolo, os símbolos relacionados com alimentação podem comunicar vários tipos de informação:

• Tipo de fonte: Se o circuito utiliza uma fonte CC, fonte CA, bateria ou fonte dependente.
• Polaridade/direção: Qual é o terminal positivo ou a direção do fluxo de corrente convencional?
• Papel de referência: Se o nó é uma alimentação, um retorno ou uma ligação de segurança.

O símbolo em si não define a classificação de corrente, o desempenho de regulação ou as especificações físicas. Esses dados residem na designação de referência, no campo de valor e na lista de materiais.

Símbolo de fonte de alimentação CC

O símbolo de fonte de alimentação CC é um círculo contendo um sinal de mais num terminal e um sinal de menos no outro. Representa uma fonte que mantém um terminal a um potencial mais elevado do que o outro, sem inversão ao longo do tempo.

Figura: O símbolo de fonte de alimentação CC com terminais positivo e negativo identificados.

Círculo com terminais mais e menos

O círculo é o corpo da fonte. As marcas de mais e menos situam-se no interior ou imediatamente ao lado dos terminais, e definem a polaridade de referência para todos os cálculos na folha. Inverta as marcas e todas as tensões nodais derivadas dessa fonte mudam de sinal.

A marca CC de linha e traço

Em etiquetas de equipamentos, painéis e fontes de alimentação, encontra um glifo diferente: uma linha horizontal sólida acima de uma linha tracejada, definida como IEC 60417-5031. Significa corrente contínua. É uma marcação, não um símbolo esquemático, pelo que pertence a uma serigrafia ou a uma placa de características, e não a uma netlist.

Fonte de tensão CC vs fonte de corrente CC

Ambas são círculos, e o conteúdo distingue-as. As marcas de mais e menos tornam-na uma fonte de tensão. Uma única seta através do corpo torna-a uma fonte de corrente, e essa seta aponta na direção da corrente convencional.

Símbolo de fonte de alimentação CA

O símbolo de fonte de alimentação CA é tipicamente desenhado como um círculo contendo uma onda sinusoidal. Representa uma fonte de tensão alternada onde a polaridade muda periodicamente ao longo do tempo. Ao contrário de uma fonte CC, nenhum terminal permanece permanentemente positivo ou negativo, pelo que não são utilizadas marcações fixas de polaridade + e −.

Figura: Fonte de alimentação CA representada por um círculo com uma única onda sinusoidal.

Símbolo de fonte CA monofásica

Um símbolo de fonte CA monofásica consiste num círculo contendo uma onda sinusoidal com dois terminais de ligação.

As fontes CA são indicadas por valores junto às mesmas como tensão RMS e frequência, tais como 230 V e 50 Hz. O símbolo não indica a amplitude do sinal; uma fonte CA sem etiqueta é um diagrama incompleto.

Símbolos para trifásico e entrada de rede

As fontes trifásicas são modeladas como três fontes monofásicas independentes com a designação de fase, em configuração estrela ou triângulo.

Uma entrada de rede CA é geralmente mostrada como um conector ou ponto de entrada de terminais em vez de um símbolo de fonte CA autónomo. Os circuitos práticos incluem frequentemente componentes de proteção como fusíveis, filtros e proteção contra sobretensões junto à entrada de rede.

A montante de um retificador a partir de uma fonte CA é o primeiro local onde a sua placa se torna um projeto de alta tensão e requer regras de creepage e clearance. Considere todos os componentes do lado da entrada como uma secção crítica.

Símbolos de bateria: célula única vs multicélula

Figura: Símbolos de bateria de célula única e multicélula

Um símbolo de bateria é um par de barras paralelas de comprimento desigual, e a regra nunca muda: a barra longa e fina é o terminal positivo, a barra curta e espessa é o negativo. Um par é uma célula. Pares repetidos são células em série.

Uma pilha longa em série raramente é desenhada célula a célula. A maioria dos esquemas mostra dois pares, uma quebra pontilhada e depois um par final, com a tensão total escrita ao lado. Essa abreviatura mantém a folha legível sem ocultar a ligação em série.

Nota: Os comprimentos das barras determinam a polaridade, não a ordem em que as desenhou. Se o símbolo da sua biblioteca tiver barras de comprimento igual, corrija a biblioteca. Uma bateria com barras iguais é ambígua, e um engenheiro a rever o seu esquema irá assinalá-la.

Símbolos de terra: terra de proteção, chassis e sinal

Figura: Símbolos de terra de proteção, chassis e sinal

Os símbolos de terra identificam o potencial de referência de um circuito ou uma ligação à terra, chassis ou outra rede de terra designada. Também podem proporcionar um percurso de retorno, dependendo do circuito e do esquema de ligação à terra.

Estes símbolos de terra representam funções diferentes e não devem ser tratados como intercambiáveis.

A terra de chassis não é terra de proteção

A distinção é importante porque um chassis não está automaticamente ao potencial de terra. A cláusula 3.9.2 da IEEE 315 nota explicitamente que um chassis ou quadro pode estar a um potencial substancial em relação à terra que o rodeia. Se quiser que estejam ligados, desenhe a ligação como uma conexão deliberada com a sua própria designação.

Retornos nomeados AGND, DGND e PGND

Variantes nomeadas como AGND, DGND e PGND reutilizam todas o triângulo de terra de sinal. A forma mantém-se idêntica e apenas a etiqueta no interior muda, o que permite a uma ferramenta de layout manter três retornos separados e uni-los num único ponto de ligação definido.

Símbolos de fonte de tensão constante vs fonte de corrente constante

Figura: Símbolo de fonte de tensão constante vs símbolo de fonte de corrente constante

Ambos os símbolos são tipicamente desenhados como círculos, mas as suas marcações internas distinguem os dois tipos de fonte.

Uma fonte de tensão constante mantém uma tensão terminal especificada enquanto a carga determina a corrente resultante. Uma fonte de corrente constante mantém uma corrente especificada enquanto a carga determina a tensão terminal resultante.

Porque é que os símbolos de fonte ideal diferem do hardware real

As fontes ideais não existem porque uma fonte real tem resistência interna finita, pelo que se comporta como uma fonte de tensão até que a procura de corrente se torne suficientemente grande para que a queda interna domine. Essa transição é exatamente o que uma fonte de bancada lhe está a mostrar quando muda de CV para CC.

A direção da seta numa fonte de corrente não é decoração. Define a direção de referência para a corrente, e uma solução que devolve um valor negativo significa simplesmente que a corrente real flui na direção oposta.

Símbolos de fonte dependente (controlada)

Figura: Os quatro símbolos de fonte dependente

Uma fonte dependente, também designada por fonte controlada, produz uma saída que é controlada por uma tensão ou corrente noutro ponto do circuito.

É tipicamente desenhada como um losango em vez de um círculo. O losango distingue uma fonte dependente de uma fonte independente, enquanto as marcações internas indicam se é uma fonte de tensão ou de corrente.

Os quatro tipos de fonte dependente

A grandeza de controlo é sempre nomeada no esquema, geralmente como uma corrente de ramo etiquetada ou uma tensão nodal etiquetada noutro ponto da folha. Sem essa etiqueta, o símbolo é inutilizável, porque nada indica o que a saída segue.

Onde os símbolos de fonte dependente aparecem em circuitos reais

As fontes dependentes não são uma abstração de manual. São a forma como todos os dispositivos ativos são modelados:

• Um transístor bipolar no seu modelo de pequeno sinal é um CCCS, com a corrente de coletor a seguir a corrente de base.
• Um MOSFET é um VCCS, com a corrente de dreno a seguir a tensão gate-source.
• Um amplificador operacional ideal é um VCVS, com a saída a seguir a entrada diferencial.
• Um amplificador de transimpedância pode ser modelado como um CCVS, convertendo uma corrente de entrada numa tensão de saída.

Ao contrário da marca de terra, que é numerada na IEC 60417, o losango não é uma entrada numerada na IEC 60617, mas é quase universalmente utilizado como convenção de desenho.

Tem sido utilizado ao longo de livros de teoria de circuitos, no SPICE e em simuladores de circuitos posteriores, e em bibliotecas EDA, pelo que deve ser utilizado como o padrão de prática de facto, mas não cite um número de cláusula para ele que não existe.

Para o caso do amplificador operacional, o nosso guia do símbolo de amplificador operacional aborda como os pinos de alimentação são desenhados e porque são frequentemente ocultados.

Etiquetas de linha de alimentação: VCC, VDD, VSS, VEE e GND

As etiquetas de linha de alimentação são símbolos de fonte de alimentação em forma de texto. Uma haste curta com uma barra ou seta para cima, transportando um nome, declara uma rede de alimentação sem desenhar um fio até à fonte.

VCC vs VDD: que etiqueta deve utilizar?

Na prática moderna, VCC e VDD são utilizados indistintamente para a linha positiva, e VSS e GND são utilizados indistintamente para o retorno. A distinção sobrevive da física dos dispositivos e não de qualquer norma atual.

Historicamente, quando se utilizam transístores (BJT), as alimentações têm de alimentar o coletor, daí o nome VCC. Agora o CMOS está em todo o lado. O dreno é alimentado pelas alimentações; daí o nome VDD.

Na prática moderna, embora a seleção de etiquetas reflita frequentemente convenções de projeto, a melhor prática é sempre seguir os nomes dos pinos de alimentação na folha de dados do componente.

Símbolos de fonte de alimentação: IEC 60617 vs ANSI/IEEE 315

Figura: Comparação de símbolos elétricos IEC 60617 e ANSI/IEEE 315

A IEC 60617 rege os símbolos gráficos para diagramas a nível internacional, e a ANSI/IEEE 315 é o equivalente norte-americano.

A linha da resistência é incluída porque é onde os engenheiros notam pela primeira vez a divergência das duas normas. Para fontes de alimentação especificamente, no entanto, um esquema desenhado segundo qualquer das normas permanece totalmente compreensível para engenheiros formados na outra.

Como ler símbolos de fonte de alimentação num circuito

Leia os símbolos de alimentação numa ordem fixa, e um esquema resolve-se rapidamente. Trabalhe da fonte até ao retorno, depois verifique as referências.

Figura: Um esquema de exemplo resolvido mostrando uma linha de alimentação, desacoplamento, uma fonte dependente e o percurso de retorno de terra.

1. Encontre a fonte e identifique a sua família. Círculo para independente, losango para dependente, pares de barras para uma bateria. O contorno responde a isto antes de ler qualquer etiqueta.
2. Leia o conteúdo para tipo e direção. Marcas de polaridade significam uma fonte de tensão, uma seta significa uma fonte de corrente, e uma onda sinusoidal significa CA.
3. Trace a linha positiva ao longo da folha. Reúna todas as etiquetas de linha de alimentação que coincidam, uma vez que são a mesma rede quer um fio as una ou não.
4. Identifique cada glifo de terra separadamente. Conte quantos símbolos de retorno distintos aparecem. Dois símbolos diferentes significam duas redes diferentes.
5. Localize o ponto de ligação. Encontre onde os retornos separados se encontram, geralmente uma única ligação de rede ou uma ligação de zero ohms. Se não encontrar uma, o esquema tem um defeito.
6. Verifique a variável de controlo em qualquer losango. Uma fonte dependente sem um controlo nomeado está incompleta.

Erros comuns com símbolos de fonte de alimentação

A maioria dos erros de símbolos de alimentação são erros de desenho que sobrevivem à revisão porque o esquema ainda parece plausível.

• Desenhar uma fonte dependente como um círculo: este é o erro mais comum, e faz com que uma fonte controlada seja lida como uma fonte independente. A simulação converge então para um ponto de funcionamento completamente errado.
• Ligar a terra de chassis à terra de proteção implicitamente: colocar ambos os símbolos na mesma rede sem uma ligação explícita cria um laço de terra que aparece como uma varredura EMC falhada, não como um erro de DRC.
• Barras de bateria de comprimento igual: a polaridade torna-se ambígua, e um suporte de célula invertido na placa é a consequência.
• Fontes CA sem etiqueta: um símbolo CA sem tensão RMS e frequência não pode ser construído ou simulado.
• Utilizar marcas de equipamento IEC 60417 num esquema: a marca CC de linha e traço pertence a uma placa de características, não a uma netlist.
• Reutilizar GND para retornos analógicos e de potência: um nome de rede colapsa dois retornos que precisavam de ser separados, e o ruído de comutação acaba na sua referência.

Do símbolo de fonte de alimentação à pegada de PCB

Um símbolo de alimentação só se torna uma ligação física quando adquire uma pegada, uma classe de rede e cobre. Este é o passo onde as decisões esquemáticas se tornam fabricáveis.

Figura: Uma faixa de fluxo de trabalho que traça um símbolo de fonte de alimentação

Largura de pista e classe de rede para redes de alimentação

A largura de pista é onde a rede de alimentação deixa de ser um símbolo. Segundo a IPC-2221, a largura necessária é função de três fatores:

• Corrente: a corrente contínua que a rede transporta, não o pico.
• Aumento de temperatura aceitável: tipicamente 10 °C a 20 °C acima da ambiente.
• Posição da camada: interna ou externa.

As camadas internas necessitam de significativamente mais largura do que as camadas externas para a mesma corrente, porque o cobre enterrado dissipa o calor deficientemente. Uma linha de 2 A numa camada externa de 1 oz é uma pista muito diferente da mesma linha enterrada numa camada interna.

Defina a classe de rede na sua ferramenta EDA ao mesmo tempo que coloca o símbolo de alimentação. Dessa forma, a regra de largura segue automaticamente a rede em vez de ser recordada no momento do encaminhamento.

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Continue a ler:

guia do símbolo de díodo

guia do símbolo de condensador

guia do símbolo de LED

guia do símbolo de relé

Conclusão

Os símbolos de fonte de alimentação são um vocabulário pequeno que realiza uma grande quantidade de trabalho. Quatro famílias cobrem quase tudo: círculos para fontes independentes, losangos para dependentes, pares de barras para baterias e três símbolos distintos para os retornos. As formas são estáveis entre a IEC 60617 e a ANSI/IEEE 315, pelo que, uma vez capaz de ler uma convenção, consegue ler ambas.

Os dois erros contra os quais vale a pena proteger-se são desenhar uma fonte controlada como um círculo e tratar a terra de chassis, de proteção e de sinal como uma única rede. Nenhum aciona uma verificação de regras de design, e ambos são dispendiosos de encontrar após o fabrico. Acerte os símbolos no esquema e as classes de rede, as atribuições de planos e as larguras de pista seguem naturalmente.

Perguntas frequentes sobre símbolos de fonte de alimentação