Informe Fuente Lineal

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FUENTE LINEAL NO REGULADA Jaime Mondragon1, Jonathan Giraldo2, Leonel Serrano3 421110381, 421110172, 421110393 Ingeniería Eléctrica, Universidad de la Salle Bogotá, Colombia

Resumen: En la práctica se realizó en montaje de una fuente de alimentación no lineal, con tres etapas, siendo estas; etapa de transformación, rectificación y filtrado. Los parámetros establecidos para tener en cuenta de la fuente es de 20Vrms, un rizado de 5%, 3A, para lo cual se utilizó un condensador de 1mf y una resistencia de 6.6Ω calculados previamente. El análisis de la práctica se concentró básicamente en la etapa de filtrado, basados en el rizado de la señal de la salida y los voltajes picos.

OBJETIVOS   

Realizar mediciones de cada etapa de la fuente. Observar la etapa de filtrado relacionado con el rizado de la fuente. Establecer un voltaje DC, que cumpla los requisitos de la fuente lineal no regulada. MARCO TEORICO

Palabras clave: transformación, rectificación, filtrado, rizado. Abstract The practice was in mounting a nonlinear power source, with three stages, these being; transformation stage, rectification and filtering. The parameters set to take account of the 20Vrms source, a ripple of 5%, 3A, for which 1mf capacitor and resistor used previously calculated 6.6Ω. The analysis of practice concentrated mainly in the filtering step, based on the ripple output signal voltages and spikes. Keywords: transformation, rectification, filtering, curly.

TRANSFORMADOR

El transformador modifica los niveles de tensión alterna a los requeridos por el circuito a alimentar. El trasformador de entrada reduce la tensión de red a otra tensión más adecuada para ser tratada.

INTRODUCCION En la aplicación de sistemas electrónicos se requiere el uso de un sistema de alimentación de corriente continua, para lo cual es necesario a partir de la red eléctrica convencional cuya señal es en corriente alterna, adaptarla a las características requeridas para sistemas DC. Dichas adaptaciones a la red se da básicamente por el diseño de fuente de tensión DC, que para este casi básicamente es a partir del uso de un puente de diodos de rectificación y la etapa de filtrado, obteniendo una señal más adecuado para aplicaciones en DC. En la figura 1. Se puede observar el diagrama de bloques de una fuente lineal regulada.

Figura 2. Relación de transformación. RECTIFICADOR Es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido,

Figura 1. Etapas de una fuente de poder.

2 válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.

de Rizado se especifica para la máxima carga que puede manejar la Fuente de Voltaje DC.

Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.

FACTOR DE RIZADO

Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando sólo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semiciclos son aprovechados.

Es la relación porcentual entre el voltaje de rizado y el valor máximo de la fuente de voltaje DC y viene dada por la siguiente ecuación:

Al igual que el Voltaje de Rizado, el Factor de Rizado se especifica para la máxima carga que puede manejar la Fuente de Voltaje DC. Figura 3. Rectificador de onda completa 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 forma que se invierte la tensión de entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva. El resultado es el siguiente:

FILTRO La etapa de filtrado es la que se encarga de suavizar la señal de salida del puente rectificador, para así obtener un factor de rizado en la señal, para lo cual se tiene en cuenta el valor del condensador como se indica a continuación:

Figura 5. Calculo de condensador

Figura 4. Señal rectificada −t

Vc(t )=Vp∗e RC VOLTAJE DE RIZADO Es la diferencia entre el voltaje máximo y el voltaje mínimo de la forma de onda de salida de la fuente de Voltaje DC.

Vc ( t )=Vp sen (wt ) −1

Vr= Vmax-Vmin El Voltaje de Rizado debe especificarse indicando la carga de la Fuente con la que se ha realizado la medición, entendiendo por "carga” la cantidad de corriente que dicha Fuente debe suministrar al circuito conectado a ella. Usualmente el Voltaje

t 2=

sen (Vc /Vp) wt

t 1=t /4−t 2

3

t=t /2−t 1 C=

−t

e 6.6Ω.C

19V = 21V *

t ln ⁡(Vc /Vp)∗R

19V = 21V * Sen (w.t2) 19V = 21V * Sen (2.π.60.t2)

19 ) 21 2. π .60

Sen−1 ( t2 =

=

2.99ms

METODOLOGIA

t1 = 4.166 ms – 2.99ms = 1.176ms   

Calculo de condensador y resistencia(carga) Simulación de cada etapa Montaje y medición practico

t = 8.33ms – 1.176ms = 7.154ms

C=

7.154 ms 19 Lon ∗6.66 Ω 21

=

10732 µF

Ya que el valor teórico no es comercial, realizamos los cálculos nuevamente con el condensador comercial para, así mismo comparar el margen de error al no utilizar el valor aproximado teórico. C = 10000 µF . Figura 6. Esquema fuente lineal no regulada

R = 6.6 Ω

Calculo resistencia: Ya que conocemos la tensión y corriente de la fuente podemos determinar la carga especificando tanto la potencia y la resistencia de la misma:

Vc (t) = 19.2 - 5% = 20.17 V Vp (t) = 19.2 +5% = 18.23 V

P ( w )=20V ∗3 A=60 W t=C*

lon

18.23 20.17

*R

R ( Ω )=20 V / 3 A=6.6 Ω Calculo de condensador

t = 1000 µF *

Al establecer el voltaje Vrms nos permite estableces los límites para calcular el condensador:

6.67ms

lon

18.23 20.17

* 6.6 Ω =

Vc (t) = 20 - 5% = 19V

t1 = 8.33ms – t = 1.66 ms

Vp (t) = 20 + 5% = 21V

t2 = 4.166ms – 1.66ms = 2.506 ms

Vc (t) = Vp *

e

−t R. C

RESULTADOS SIMULACIÓN Etapa de transformación

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Figura 7. Medición entrada y salida del trafo.

Figura 9. Medición de factor de rizado.

Como se muestra en la figura 7. La reducción de la tensión de entrada de la red fue de un factor de 0.16aprox.

Etapa de rectificación

Figura 10. Medición de factor de rizado tiempo t.

MEDICIONES Etapa de transformacion Figura 8. Medición salida de puente rectificador.

Etapa de filtrado

Figura 11. medicion salida del trafo.

5 Se encidencia una reduccion del 1% del valor de tension Vrms a la salida del transformador, paor lo cual consideramos que introduce un error en la practica, el cual se puede determinar en el transcurso de la practica.

Etapa de rectificacion

Figura 13. Medición factor de rizado.

Figura 12. Medición salida de puente rectificador.

En la rectificación de onda completa de la señal, se evidenciaba cierta distorsión en la señal de la salida, por lo cual implementamos una resistencia en paralelo a las terminales de salida del puente rectificador para obtener una señal más limpia como se logra observar en la figura 12. Figura 13. Medición tiempo t.

Etapa De Filtrado

Análisis de resultados La segunda etapa de la fuente lineal hace referencia a la rectificación de onda completa de la señal AC de 19.1Vrms, en la figura 12. Se observa una señal un poco deformada a lo que se esperaba, este problema se resuelve con la conexión de una resistencia de bajo valor en paralelo a los terminales de salida del puente de rectificación. Para la medición del filtro de la fuente se dispone de la configuración de acople DC , sintonizado con la red para observarla con mayor afinidad. Figura 12. Medición de etapa de filtrado.

Si se analiza el comportamiento de las ondas luego del rectificador vemos que el periodo de la señal respecto a la

6 señal de entrada es de la mitad, lo que hace que la frecuencia aumente casi el doble. Se observó una relación inversamente proporcional entre el valor del condensador y el factor de riza, dicha relación la observamos a partir del cálculo inicial erróneo de la práctica y el valor real a implementar en la práctica.

REFERENCIAS: [1] SEDRA A.,SMITH K., Microelectronic circuits [2] SAVANT C.J., Diseño Electronico