- Lab 04 Tarjetas Electrónicas I

Nro. DD-106 Página 1/12

Introducción a la Electrónica Tema :

Programa:

Tarjetas Electrónicas I – Simulación Electrónica y Diseño de PCB

Mesa

Nota:

Apellidos y Nombres: Gonzalo William Pereyra Barreto Angel Eduardo Pachacama Alvarez

Introduc cion

Curso: :

Lab. Nº :

04

1. Objetivos 

Implementar una fuente de tensión DC con software de simulación simulación electrónica.



Realizar pruebas y mediciones en una fuente de tensión DC con software de simulación. simulación.



Conocer la forma de utilización utilización de un osciloscopio en software de simulación.



Diseñar un prototipo de placa de circuito impreso o PCB con el software PCB Wizard.



Conocer las etapas en el proceso de diseño diseño de placas placas de circuito circuito impreso.

2. Material a emplear Computadora.





Software de simulación electrónica Livewire.



Software de diseño de tarjetas de circuito impreso PCB Wizard.

3. Indicaciones de seguridad Análisis de Trabajo Seguro (ATS) N° 1

Ingreso al laboratorio

Resbalarse

MEDIDAS DE CONTROL DE DEL L RIESGO Ingresar en orden

2

Desplazamiento a la mesa de trabajo Conexión de la computadora Ingresar al simulador PCB WZARD Apagado de la computadora

Caídas leves

Desplazarse por áreas libres

Malas conexiones a las fuentes de poder Mal uso del software

No jugar al momento de conectar Seguir las indicaciones del profesor Respetar los modos de apagado

3 4 5

6 7

TAREAS

Desconexión de computadora Salida del laboratorio

RIESGOS IDENTIFICADOS

Al apagar no esperar el apagado si no desenchufar lo que causaría que queme las fuentes de energía desconectar Quiebre de los enchufes Resbalarse y provocar lesiones graves

Uso correcto de los enchufes Salir en orden

Tener cuidado en la conexión y en la desconexión de los equipos utilizados



4. Fundamento Teórico Fuentes de tensión DC Muchas de las aplicaciones en electrónica requieren una fuente de alimentación continua o DC. Estas fuentes DC, que no son comunes, se deben obtener a partir de la tensión alterna de la red. Para ello tenemos que utilizar o implementar un circuito denominado fuente de alimentación DC. En general las etapas de una fuente de alimentación DC básica son las que se muestran en el diagrama de bloques de la figura 1. Estas etapas son: transformación, rectificación, filtración y regulación.

Fig ura 1. Etapas de una fuente de alimentación regulable. http://electronicadigitalfuente.blogspot.pe/2012/05/fuente-de-alimentacion-regulable-de-12v.html

En esta figura 1, vemos que la tensión alterna Ve de la red es senoidal (valores positivos y negativos). En la primera etapa, un transformador reduce la tensión Ve a una tensión V1, esta tensión V1 sigue siendo alterna senoidal pero de menor magnitud pero con la misma frecuencia. La tensión V1 pasa a la etapa de rectificación. La salida de la etapa de rectificación, tiene ondas que solamente tienen valores variables pero solamente positivos, como los que se muestran en la onda V 2. La siguiente etapa es la de filtrado, conformado generalmente por un condensador. Luego del condensador la señal será una onda con rizos, como la forma que se muestra en la señal V 3. La última etapa es de una fuente de alimentación es la de regulación, conformada generalmente por un componente electrónico llamado regulador, que a su salida entrega una tensión que ya es casi completamente continua como se observa en Vs.

Existen reguladores que entregan valores

de tensión fijos de 5V, 9V, 12 V, -12V, 0 a 30 V, etc. La salida final de la fuente de alimentación, luego de todas las etapas es una señal continua como la señal Vs de la figura 1 anterior.



Circuito rectificador de onda completa con puente de diodos En la figura 2 (izquierda), se muestra un circuito electrónico con las etapas de una fuente de tensión DC, pero sin la etapa de regulación. En la figura de la derecha, se muestran la señal de entrada U , y las señales u1 y la señal de salida u2 . Esta señal de salida u2 , de tensión casi continua, puede ser utilizada por una resistencia de carga R L . También se observa en esta figura, que la etapa de rectificación está conformado por el rectificador de onda completa o puente de diodos (diodos D1, D2, D3 y D4).

Figura 2. Circuito de puente de diodos con condensador de carga C L, con la correspondiente de onda de la tensión de salida u2.

Diseño y creación de tarjetas de circuito impreso con software electrónico En temas anteriores hemos utilizado el software Livewire, que permite al usuario crear y simular circuitos electrónicos con una amplia galería de componentes. El circuito final de programa Livewire puede ser exportado a la hermana-programa Asistente de PCB (PCB Wizard), con el fin de obtener una placa de circuito impreso. PCB Wizard es un paquete para el diseño de placas de circuito impreso (PCB, Printed Circuit Board) de una cara o de doble cara. Este software contiene varias herramientas que cubren todas

las

etapas

tradicionales

en

la

producción de PCB’s, incluyendo dibujado de

esquemáticos,

captura

de

esquemáticos, ubicación de componentes, ruteado automático, etc.



5. Procedimiento PARTE 1: SIMULACIÓN DE CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON RESISTENCIA DE CARGA Tarea 01 Implementar el circuito en el software de simulación de circuitos eléctricos Livewire.

Aplique la tensión de operación en alterna U 1 = 12V, 60 Hz a las entradas 1 y 2.

Ojo: E l puente 2/4 no está conectado; tampoco está conectado el puente 14/19. En este circuito se va a medir las tensiones con un osciloscopio del programa Livewire.

NOTA: Para insertar un osciloscopio en Livewire ir a: Gallery / Measuring / Oscilloscope En el osciloscopio, hacer clic derecho y escoger A dd G raph , luego, en la zona de trabajo hacer clic y arrastrar el cursor para crear una gráfica para las señales del osciloscopio. El osciloscopio se conecta en paralelo para hacer la medición.

Tarea 02 Mida la tensión de entrada U1 con el osciloscopio. Regule el osciloscopio de forma que representen al menos tres ciclos. Dibuje la curva obtenida con el osciloscopio.



De la curva obtenida con el osciloscopio, anote los valores máximo y mínimo de la tensión U1.

16.98

1 = .

1 =.-12,98.

Agregue la imagen obtenida

Tarea 03 Mida la tensión de salida u 2 con el osciloscopio. Regule el osciloscopio de forma que representen al menos tres ciclos. Dibuje la curva obtenida con el osciloscopio de Livewire.

De la curva obtenida con el osciloscopio, anote los valores máximo y mínimo de la tensión U2. 2 = 15. 2 =0...


Tarea 04 Conecte el condensador de carga C 1 = 10 μF (conecte el puente Br.2 / 4) y mida u2 con el osciloscopio. Dibuje la curva obtenida con el osciloscopio.



De la curva obtenida con el osciloscopio, anote los valores máximo y mínimo de la tensión U2. 2 = ........

16...

2 =.........-16......


¿Qué influencia tiene la conexión del condensador sobre la tensión de salida U 2 en este circuito denominado rectificador de onda completa? …Al conectar el condensador , se ve que oscila en valor constante debido a que recién se esta calentando Tarea 05 Conecte la resistencia de carga R carga = 2.2 kΩ y mida u2 con el osciloscopio. Dibuje la curva obtenida.

De la curva obtenida con el osciloscopio, anote los valores máximo y mínimo de la tensión 2 = .......

14....

2 =.........11......


Q22 ¿Qué sucede con la curva de salida U2 cuando se agrega la resistencia de carga de 2.2 k Ω? Es debido al condensador ya que al poner un valor minimo se calienta de una manera no muy rápida y si pongo un valor mucho mayor se cargara rápida y en la grafica las curvas son mucho mas notorias



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PARTE 2. DISEÑO DE PLACA IMPRESA DE UN CIRCUITO CON SOFTWARE PCB WIZARD El circuito a implementar para la creación de la tarjeta impresa deberá ser modificado y tener la siguiente presentación:

Se ha quitado la resistencia de carga y el osciloscopio, en cambio se ha agregado una terminal CN2 para la salida de la fuente ( G allery / C onnectors / Terminal B locks / 2 pin T erminal B lock )

Conversión del circuito electrónico Livewire a circuito de placa impresa con PCB Wizard Abrir los dos programas, Livewire y PCB Wizard. Los dos programas tienen que estar ab iertos simultáneamente. Abrir el circuito ya elaborado en Livewire. Ir a la barra de menus: Tools / Convert / Design to Printed Circuit Board…

Aparecerá la ventana de convertir a placa de circuito impreso. Existen dos formas de conversión:

Tarjetas Electrónicas I – Simulación Electrónica y Diseño de PCB 




Forma automática (No, permitir a Livewire especificar estas opciones por mí). Forma manual (Sí, yo deseo decidir cómo se va convertir mi diseño).

Vamos a escoger la segunda opción, forma manual, luego, hacemos clic en Next.

Aparece la ventana donde se especifica la forma y dimensiones de la tarjeta. En la figura se reconoce que las dimensiones están en milímetros (Ir a Tools / Options… / General / Measurement units). La siguiente ventana muestra la lista de componentes presentes en el circuito. Si se quiere cambiar la forma de conversión de un componente se debe hacer doble clic en éste.

En la siguiente ventana se configura si el circuito contiene o no fuente de alimentación oculta. La otra ventana está la configuración de la ubicación de componentes en la tarjeta impresa, la visualización animada de la ubicación de componentes, permitir rotación de componentes, etc.

En las siguientes ventanas desmarcar las opciones: ruteo automático de las conexiones en el circuito y agregar superficie de cobre automáticamente a la placa. Next.



Finalmente el programa PCB Wizard está listo para generar el circuito. Clic en Convert.

. Ordenar la ubicación de componentes como muestra la figura. Agregar en la placa dos textos, uno de estos textos serán los primeros apellidos de los integrantes del grupo. En el caso de la figura ambos textos indican “Fuente de Tensión DC”. Ahora sí, vamos a la creación de las pistas o tracks. Vamos a Tools / Auto R oute / Route All Nets… Aparecerá la ventana A uto R oute¸ donde se puede configurar si las pistas pueden estar en diagonal, el ancho de las pistas, ruteado de pistas en una o ambas caras de la tarjeta, espaciamiento del aislamiento (isolation gap), etc. Clic en OK.

Si sale el mensaje: “Ruteado automático completo. 100% de las conexiones de la red o circuito fueron exitosamente ruteados”, se llegó a la finalización de la creación de la tarjeta impresa o PCB.



Es importante decidir si el diseño del circuito impreso creado en PCB Wizard es el definitivo o no. En caso de no serlo, se tendrá que realizar las modificaciones necesarias. En la figura derecha se muestra la Vista Normal del diseño de la tarjeta de circuito impreso de nuestra fuente de alimentación DC.

Diseño final de circuito de placa impresa (PCB) creado con PCB Wizard

Se muestran a continuación diferentes vistas de la tarjeta impresa, siendo la más importante para continuar con la creación de la placa la vista A rtwor k. Esta vista Artwork es la utilizada para la creación definitiva de los pistas del PCB, donde se crearán las pistas de cobre, los agujeros, los pads donde se conectarán los terminales, etc.

Real World

Artwork

Unpopulated

Prototype


Tarea 06 Obtener una imagen Real World como la mostrada más arriba y pegar.

De la imagen obtenida se puede modificar la posición de los dispositivos así como dimensión de la placa.

Tarea 07 Modificar la posición de los dispositivos así como la dimensión de la placa, pegar imagen. El resultado deberá ser similar a la figura anterior

Agregar una etiqueta con la palabra "RECTIFICADOR", luego routear las pistas con modificando el grosor de las pistas, la separación de las mismas.

Tarea 07 Pegar imagen, el resultado deberá ser similar a la figura anterior

6.

Observaciones y Conclusiones (mínimo dos por cada integrante)




OBSERVACIONES:

………………………………………………………………………………………………………………… … El programa de simulación PCB nos ha mostrado muchas herramientas que nos sirve a la hora de diseñar un circuito eléctrico … Las fuentes de Tensión DC que son las que transforman y emiten la energía adecuada para los electrodoméstico es muy necesaria para entender este tema de Tarjetas electrónicas.

En el diseño de las impresiones de las tarjetas electrónicas se encontró que en la impresión muestra un momento de creación de puentes lo que genera una deficiencia no grave pero si existe en la tarjeta electrónica……………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… … CONCLUSIONES: Se ha logrado implementar una fuente de tensión DC con el software PCB hemos logrado simulador dicha tensión DC. Se han realizado las mediciones y pruebas respectivas en una fuente DC con el programa PCB Se ha utilizado correctamente con las configuraciones establecidas para lograr un osciloscopio en el programa PCB Al diseñar el prototipo de placa de circuito impreso hay que tener cuidado con respecto a los puentes que se den lo cual genera “ruido” lo cual no nos ayuda en el circuito

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- Lab 04 Tarjetas Electrónicas I

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