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DISEÑO, SIMULACION Y MONTAJE DE UNA FUENTE REGULABLE DE VOLTAJE

OBJETIVO GENERAL Diseñar, simular y montar una etapa de rectificación y filtrado para una fuente reguladora de voltaje.

DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN REGULADA Y PROTEGIDA CONTRA CORTOS CIRCUITOS. La mayor parte de los circuitos electrónicos prácticos trabajan a partir de un voltaje de alimentación de CC. Este último puede ser suministrado, por ejemplo, por una batería. Las baterías ofrecen varias ventajas, siendo la más importante su naturaleza portátil. Sin embargo, existen situaciones en las cuales el uso de baterías puede resultar muy costoso. En estos casos, debe recurrirse al uso de fuentes de alimentación, las cuales operan desde la red pública de corriente alterna AC y proporcionan voltajes de corriente continua CC más económicos, estables y potentes. EL PROBLEMA Suponga que trabaja para una compañía que diseña, prueba, fabrica y comercializa varios instrumentos electrónicos, incluyendo fuentes de alimentación de CC. Su primera asignación es, desarrollar y probar en el simulador Pspice Student 9.1 (o cualquier otro simulador que sepa usar) una fuente de alimentación rectificada por puente de diodos y regulada por un circuito regulador serie discreto (amplificador operacional y transistor de paso Darlington.) La Fuente de Alimentación debe satisfacer las siguientes especificaciones: ♦ Corriente de carga regulada: 920mA ♦ Voltaje DC de salida regulado: 8V. Nota: Tenga en cuenta que en PSpice Student 9.1 no se cuenta con el transformador por esta razón se utilizara el símbolo VSIN, asumiendo que es la tensión de corriente alterna que entrega el devanado secundario (Vsec) con valor de 20VAC Pico a una frecuencia de 60Hz. Símbolo que se muestra en la figura 2. CIRCUITO RECTIFICADOR

Conociendo que el voltaje del devanado secundario es de 20VAC Pico se inicia el diseño de la primera etapa que conforma una fuente de alimentación en este caso se solicita sea un circuito rectificador de onda completa tipo puente. Dada las Formulas Relacionadas al Rectificador de Onda Completa Tipo Puente:

METODOLOGIA La fuente de voltaje no es más que una conversión de corriente alterna a corriente directa pasando por diferentes fases de transformación, rectificación, filtrado y regulación que hacen que la salida de la fuente sea un voltaje regulable. Para la construcción de una fuente de voltaje regulable, se necesita cierto conocimiento para que de esta manera la finalidad de este sea positivo, y para esto se obtienen diferente formas de hacer una fuente de voltaje, por ahora solo vamos a tener en cuenta la etapa de rectificación y filtrado. Siguiendo el diagrama de bloques de una fuente regulable, para nuestro caso la transformación la va a realizar un transformador de 20 Vpk, la rectificación estará a cargo de un puente de diodos de referencia 1N4002, el filtrado lo realizará uno o dos capacitores de 4700 μF , tendrá una frecuencia entre los 20 a 60 KHz. La transformación del voltaje de AC la realizó un transformador de 14.14 Vrms, dicho transformador se conectó a un puente de diodos de referencia 1N4002, los cuales rectificaban la onda pasándola de AC a DC, seguido a esto se conectó un capacitor de

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4700 μF , el cual se encargaba de filtrar y disminuir el rizado. Posterior a esto se conecta el regulador del voltaje el cual tiene que producir una señal cuadrada. El esquema del circuito de rectificación y filtración se presenta a continuación:

Figura 6. Esquema de circuito fuente regulada Definiciones: Vrms (sec): Valor eficaz del voltaje del secundario. VProm (sec): Valor promedio del voltaje del secundario. Vp (Sal): Valor pico de salida. PIV: Voltaje de Pico Inverso.

1.1 Vrms (sec)

Vrms= Vrms=

Vprom(sec)

Vp √2

Vprom=

20 √2

Vprom=

Vrms=14.1421 v

Vp(sal)

2∗Vp π

PIV

Vp ( sec )=Vp ( sal )+ 1.4 vPIV . =Vp ( sal )+ 0.7 Vp ( sal )=Vp ( sec )−1.4 vPIV . =18.6+ 0.7

2∗20 π

Vp ( sal )=20−1.4 v . Vp ( sal )=18.6 v

Vprom=12.732 v

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PIV =19.3 v

1.2  ¿Cuál de los valores anteriormente calculado es que mostraría un voltímetro digital

común y cual se conocería fácilmente usando un osciloscopio? 

En un voltimetro digital fácilmente se conocería el voltaje de salida del circuito. A continuación en la figura, se presenta la opción de multímetro en multisim, y el resultado que da es de 19,548 V.

Figura. Esquema del circuito con fuente Vpk rectificador y filtración, con medición de voltaje

Figura. Esquema del circuito con fuente Vrms rectificador y filtración, con medición de voltaje 

Con ayuda del osciloscopio, obtendríamos fácilmente el Valor promedio del voltaje(Vmed), el voltaje pico a pico (Vpico-pico).

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1.3 ¿Qué ventaja tiene el usar un rectificador de onda completa tipo puente frente a uno de media onda?

El rectificador de onda completa es el tipo más empleado en las fuentes de alimentación de los equipos debido a que con él se obtiene una corriente continua muy parecida a la que proporcionan las pilas o las baterías. A diferencia del rectificador de media onda, el rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la onda senoide de entrada, obteniendo una salida unipolar, es decir, convierte la parte negativa de la señal en positiva o viceversa dependiendo del uso para el que sea destinado. Dentro de este tipo de rectificador se puede distinguir el rectificador con puente de diodos, el cual es uno de los más usados tanto si está formado por cuatro diodos individuales como en su versión integradade más fácil manejo la cual tiene conexión al transformador y a la carga.

En la siguiente gráfica se puede apreciar la rectificación de la señal de un rectificador de onda completa con puente de diodos:

Figura. Circuito rectificador de onda completa y señal rectificada.

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