Inf Fuente de Pareto

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS I

7 de diciembre de 2011

INTRODUCCIÓN Este trabajo fue realizado por los alumnos de la facultad de ingeniería electrónica y eléctrica eléctrica que surdió como un problema problema ya que de manera cotidiana notamos notamos la importancia de obtener obtener corriente continua y también como es difícil obtenerla dicha corriente corriente porque es muy necesario necesario alimentar nuestros circuitos en el laboratorio o fuera fuera de de el por esta esta razón pensando este dilema construimos este una fuente de alimentación alimentación de doble entrada Esta fuente fuente realizada esta echa de diferentes diferentes etapas como el rectificador rectificador de onda completa completa este es muy útil comoprimera etapa etapa para después después filtrarla después la etapa de regulador regulador en esta se encarga encarga en reducir reducir el rizado ya que después del filtrado sigue habiendo rizado aunque muy poco este se encarga de corregir este error error y para aumentar el voltaje se necesito un potenciómetro para graduar el voltaje hasta un máximo de 28 voltios Queremos concluir agradeciendo al profesor de laboratorio de circuitos electrónicos IING. LUIS PARETTO QUISPE por darnos la oportunidad de realizar este tipo de trabajo, que nos permitió aumentar nuestro conocimiento en este ámbito ámbito para así ser mejores ingenieros ingenieros en el futuro y servir mejor a nuestro país.

Alumnos de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y ELECTRICA EXPERIENTO FINAL CIRCUITOS ELECTRONICOS I TEMA:Diseño y construcción de una fuente de corriente continua con doble salida ajustables.

OBJETIVOS : 

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Aplicación de los diferentes circuitos electrónicos estudiados hasta la fecha. Analizar todas las partes del circuito y analizarlo su correcto funcionamiento. Conocer el manejo y funcionamiento de los materiales utilizados en la construcción de la misma.

Diagrama de la fuente de alimentación:

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN  Básicamente, una fuente de tensión consta de 4 partes: 

El transformador

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Circuito rectificador puente

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Circuito de filtro

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Regulador

LISTA DE COMPONENTES:         

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Trasformador de 24V-1A 1 puente rectificador de diodos 2 condensador electrolítico 4.7mF - 35V 4diodos LED (2 rojos,2 verdes) 8 diodo 1N4004 1 transistor BC548A 1 transistor 2N3905 1 resistencia de 1Ω - 5W 8 resistencia de 3KΩ ,100Ω, 1 KΩ de 0.5W 2 potenciómetros de 2KΩ 4 condensador cerámico de 10uF 1 protoboard 1/2m. de Cable UTP

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CONOCIENDO NUESTROS MATERIALES 1.

transformador

El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro voltaje de diferente amplitud, que entrega a su salida. Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor, este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan: •

Bobina primaria o "primario", aquella que recibe el voltaje de entrada.

Bobina secundaria o "secundario", aquella que entrega el voltaje transformado. •

La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Un transformador puede ser "elevador o reductor" de tensión dependiendo del número de espiras de cada bobinado.

2.

potenciómetro

Es una resistencia variable, cuyo valor resistivo puede ser modificado manualmente mediante una perilla.

3.

condensador

En condensador es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un aislante llamado dieléctrico. El condensador o capacitor almacena energía en la forma de un campo eléctrico (es evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) y se llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar.

4.

puente de diodos

Un puente de diodos es un arreglo de los mismos, el cual está formado regularmente por 4 diodos, conectados de forma específica, y tienen como función transformar la corriente alterna a corriente contínua.

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5.

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transistor bipolar

El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio. Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor. El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor) , una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación, este factor se llama ß (beta) y es un dato propio de cada transistor.

6.

circuito integrado lm317

LM317 es un regulador de tensión positivo regulable capaz de proveer una corriente de hasta 1,5A y tensiones desde 1,2V a 37V. Es extremadamente simple de manejar, ya que solo requiere dos resistores externos para fijar la tensión de salida. Además, su capacidad de regulación, tanto en vacio, como en carga, es mejor en comparación con otros reguladores de tensión de salida fija. Como ventaja adicional, este componente provee protección por sobrecarga. El circuito integrado incluye un limitador de corriente y una protección adicional por sobrecalentamiento. Toda la circuitería de protección es totalmente funcional incluso cuando el terminal de ajuste se encuentra desconectado. Generalmente, no se requiere el uso de capacitores, sin embargo, cuando el integrado se encuentra alejado mas de 15cm del capacitor de la fuente, se recomienda el uso de un capacitor en la entrada. Además, se puede agregar un capacitor opcional en la salida para eliminar pulsos espurios. Este integrado permite implementar fuentes de alimentación de muy bajo riple, casi imposibles de concebir con regulador monolítico de tensión fija. Además de su implementación en fuentes de alimentación, este componente puede ser usado en un amplio espectro de aplicaciones. Debido a que lo único que ve el integrado es la diferencia de potencial entre la entrada y la salida, puede ser usado para regular tensiones de cientos de volts, siempre y 5

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cuando no se exceda la máxima diferencia de potencias entrada-salida (por ejemplo, evitando cortocircuitos a la salida).

7.

protoboard

Es una placa de uso genérico reutilizable o semi permanente, usado para construir prototipos de circuitos electrónicos con o sin soldadura. Normalmente se utilizan para la realización de pruebas experimentales. Además de los protoboard plásticos, libres de soldadura, también existen en el mercado otros modelos de placas de prueba.

FUNDAMENTO TEORICO 

El transformador: 

Permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida) manteniendo la frecuencia (60 Hz).

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Están basados en el principio de inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce. Estas bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios.. Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .

Rectificador en puente: El rectificador más usado es el llamado rectificador en puente y es que el usaremos en nuestra fuente, su esquema es el siguiente:

Cuando Vi es positiva los diodos D2 y D3 conducen, siendo la salida Vo igual que la entrada Vi Cuando Vi es negativa los diodos D1 y D4 conducen, de tal

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forma que se invierte la tensión de entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva. El resultado es el siguiente:

Observamos en la figura que aún no se ha conseguido una tensión de salida estable, es por ello que será necesario un filtro.

Filtro con condensador a la entrada: Este es el filtro más común y por ello más conocido. Basta con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta forma: Para hacer más abreviada la explicación sustituimos el diodo puente por un diodo común ya que se comportaran de la misma manera. Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensión de pico V max. Una vez rebasado el pico positivo el diodo se abre. ¿Por qué? debido a que el condensador tiene una tensión Vmax entre sus extremos y la tensión en el secundario del transformador es un poco menor que V max el cátodo del diodo esta a mas tensión que el ánodo. 8

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Con el diodo ahora abierto el condensador se descarga a través de la carga, lo cual hace que disminuya su voltaje, pero en el momento que el voltaje sea menor que el del secundario del transformador, el diodo vuelve a conducir y consecuentemente a cargar al condensador. Nos podemos dar cuenta que el proceso es repetitivo. La tensión Vo quedará de la siguiente forma:

La tensión en la carga es ahora casi una tensión ideal. Solo nos queda un pequeño rizado (conocido también como voltaje de rizado) originado por la carga y descarga del condensador. Para reducir este rizado podemos optar por construir un rectificador en puente: el condensador se cargaría el doble de veces en el mismo intervalo teniendo así menos tiempo para descargarse, en consecuencia el rizado es menor y la tensión de salida es más cercana a Vmax. Otra forma de reducir el rizado es poner un condensador mayor, pero siempre tenemos que tener cuidado en no pasarnos ya que un condensador demasiado grande origina problemas de conducción de corriente por el diodo  y, por lo tanto, en el secundario del transformador (la corriente que conduce el diodo es la misma que conduce el transformador)

Circuito de protección contra cortocircuito Evita que los dispositivos y los componentes electrónicos de la fuente se deterioren por efecto de cortocircuito o excesivo consumo de corriente en los terminales de salida de la fuente. 9

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Consta de un transistor un LED una resistencia para proteger el LED y un diodo rojo para proteger los demáscomponentes del circuito. Al producirse un cortocircuito o sobrecarga en los terminales de salida de la fuente

El regulador: Mantiene constante el voltaje de salida de la fuente contra variaciones de consumo de corriente de la carga o equipo conectado en los terminales de salida de la fuente Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos. En este caso usamos el LM317T es un regulador de tensión positivo  con sólo 3 terminales y con un rango de tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios.

Características Para su empleo solo requiere dos resistencias exteriores para conseguir el valor de salida. De hecho la línea de carga y regulación es mejor que en los reguladores fijos. Además de las mejores características respecto a los reguladores fijos, dispone de protección por limitación de corriente y exceso de temperatura, siendo funcional la protección por sobrecarga incluso si el terminal de regulación está desconectado. Normalmente no 10

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necesita condensadores mientras esté a menos de 15 centímetros de los filtros de alimentación. Dado que es un regulador flotante y solo ve la entrada a la salida del voltaje diferencial, se puede utilizar para regular altas tensiones mientras no se supere el diferencial de entrada/salida. La tensión entre la patilla ajuste y salida es siempre de 1,25 voltios (tensión establecida internamente por el regulador) La siguiente formula permite calcular la tensión de salida para un par de valores R1 y R2 dados.

El acoplamiento de un condensador a la salida Este es el esquema de una fuente de alimentación regulada con uno de estos reguladores:

Regulador de voltaje variable Es básicamente compuesto por un resistor variable de tipo línea (potenciómetro lineal) su propósito es ajustar el voltaje de salida de la fuente al voltaje de la carga o equipo conectado a los terminales de salida de la fuente.

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CUADRO DE VOLTAJES: Voltajes de secundarios

VS1

VS2

24.30v.c.a

24.25v.c.a

Voltajes de condensadores

VC1

VC2

30.86v.c.c

30.95v.c.c

Voltajes de transistores

VQ1

VQ2

30.27v.c.c

29.67v.c.c

Voltajes de salida Voltaje de Salida

Máximo

Mínimo

VO1 VO2

28.3v.c.c -28.3v.c.c

1.343v.c.c -1.322v.c.c

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Trabajo ya culminado

Problemas y soluciones: 

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El primer problema fue que los LED se quemaban esto se debió a que en nuestro esquema inicial la resistencia de protección del LED era de 500ohmios esta resistencia era demasiada baja es por eso que no demoramosexcesivamente probando cual era la resistencia adecuada hasta que descubríos que dicha resistencia era un valor aproximada de 3kiloohmios. La fuente no nos daba el valor deseado esto se debió a que no estaba bien conectado en el Protoboard al corregir esto se acabo este problema.

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Conclusiones: 

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Un buen elemento regulador es el circuito integrado LM317 por todas las ventajas que ofrece. Los elementos base que permiten iniciar el diseño y construcción de una fuente de voltaje son el transformador (disminuye enormemente el voltaje de entrada) y el rectificador Puente (rectifica el voltaje en alterna y lo convierte en contínua. También el voltaje de salida debería de ser de 30v, pero solo fue de 27.92v Ante cualquier problema es recomendable revisar la conexión de los dispositivos y si se mantiene el problema pedir ayuda al profesor. Ante el desconocimiento de algunos los dispositivos electrónicos usados en la elaboración de la fuente debemos informarnos del funcionamiento básico de cada componente de la fuente. Cuando esta energizado el circuito, el LED verde se prende automáticamente. Al hacer corto circuito, en las terminales de salida, el diodo LED rojo se encenderá para avisarnos de sobrecarga.

Bibliografía: Jorge r. García Villareal, fuentes de alimentación reguladas y variables (lima, 1991) R. Dorf, Richard C. Dorf, James A. Svoboda,  CIRCUITOS ELECTRICOS Http://Www.Unicrom.Com/Tut_LM317.Asp Http://Www.Datasheetcatalog.Net Http://Www.Unicrom.Com/Tut_Transformador.Asp Http://Www.Fceia.Unr.Edu.Ar/Enica3/Rectif.Pdf http://sound.westhost.com/project44.htm 

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