INDICE I) TEMAS………………………………………………….pag.3
II) OBJETIVOS………………………………………..….pag.4
III) INTRODUCCION TEORICA………………………..pag.5
IV) MAT MATERIALES………………………………………..pag.6
V) DIAGRAMA ESQUEMATICO…………………….…pag.20 •
CUADRO DE VOLTAJE……………………….pag.30
VI) ROBLEMAS ! SOLUCIONES………….………...pag.3"
VII) CONCLUSIONES………….………………………..pag.3"
VIII) BIBLIOGRA#IA……………………………………pag.32
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TEMA
a)Diseño y construcción de una fuente de voltaje continuo ajustable.
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OBJETIVOS
Realizar una fuente de voltaje continuo que nos sirva para alimentar diversos circuitos que realizaremos en nuestra carrera
Analizar el comportamiento de los diodos rectificador armando el puente de diodos de onda completa
!eterminar el funcionamiento del condensador condensador " del circuito inte#rado
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Introducci$n Te$rica
Podemos definir fuente de alimentación como aparato electrónico modificador de la electricidad que convierte la tensión alterna en una tensión continua. Remontándonos un poco en la historia describiremos que en la industria no se contaba con equipos eléctricos lue!o se empe"aron a introducir dispositivos eléctricos no muy sofisticados por lo que no eran muy sensibles a sobre tensiones lue!o lle!aron los equipo más modernos que necesitaban de bajos voltajes y por lo tanto eran muy sensibles a sobre tensiones cambios bruscos o ruido en las tensiones de alimentación por lo que se ha iniciando la construcción de fuentes de alimentación que proporcionaran el voltaje suficiente de estos dispositivos y que !aranticen la estabilidad de la tensión que in!resa al equipo. #oy en d$a los equipos electrónicos en su mayor$a funcionan con corriente continua as$ el dispositivo que convierte la corriente alterna a corriente continua en los niveles requeridos por el circuito electrónico a alimentar se llama fuente de alimentaci$n. %n resumen la función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión en una tensión continua. %&isten • •
básicamente
dos
tipos
de
fuente
de
alimentación'
la fuente conmutada (a fuente re!ulada
ada una con sus caracter$sticas sus ventajas y desventajas. *e utili"a una de ellas de acuerdo al uso final que van a tener es decir se!+n los requerimientos de estabilidad y rendimiento que ten!a la car!a a alimentar.
Una fuente convencional : %ste es su dia!rama en bloques' para e&plicar el funcionamiento de una fuente convencional.
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Dispositivos utilizados en la fuente regulada Transformador *e denomina transformador a una máquina electroma!nética que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna manteniendo la frecuencia. (a potencia que in!resa al equipo en el caso de un transformador ideal esto es sin pérdidas es i!ual a la que se obtiene a la salida. (as máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas dependiendo de su diseño tamaño etc. *i suponemos un equipo ideal y consideramos simplificando la potencia como el producto del voltaje o tensión por la intensidad ésta debe permanecer constante ,ya que la potencia a la entrada tiene que ser i!ual a la potencia a la salida). (os transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electroma!nética y están constituidos en su forma más simple por dos bobinas devanadas sobre un n+cleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. (as bobinas o devanados se denominan primario y secundario se!+n correspondan a la tensión alta o baja respectivamente. -ambién e&isten transformadores con más devanados en este caso puede e&istir un devanado terciario de menor tensión que el secundario.
Funcionamiento Representación esquemática del transformador. *i se aplica una fuer"a electromotri" alterna en el devanado primario las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo ma!nético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. %ste campo ma!nético variable ori!inará por inducción la aparición de una fuer"a electromotri" en los e&tremos del devanado secundario. (a relación entre la fuer"a electromotri" inductora ,Ep) la aplicada al devanado primario y la fuer"a electromotri" inducida ,Es) la obtenida en el secundario es Página 5
directamente proporcional al n+mero de espiras de los devanados primario ,%p) y secundario ,%s) .
%sta particularidad tiene su utilidad para el transporte de ener!$a eléctrica a lar!a distancia al poder efectuarse el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades y por tanto pequeñas pérdidas. /s$ si el n+mero de espiras ,vueltas) del secundario es 011 veces mayor que el del primario si aplicamos una tensión alterna de 231 4oltios en el primario obtendremos 23111 4oltios en el secundario ,una relación 011 veces superior como lo es la relación de espiras). / la relación entre el n+mero de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación. /hora bien como la potencia aplicada en el primario en caso de un transformador ideal debe ser i!ual a la obtenida en el secundario el producto de la fuer"a electromotri" por la intensidad ,potencia) debe ser constante con lo que en el caso del ejemplo si la intensidad circulante por el primario es de 01 /mperios la del secundario será de solo 10 amperios ,una centésima parte).
Aplicaciones %l transporte de una cierta cantidad de ener!$a eléctrica por unidad de tiempo se puede llevar a cabo eli!iendo la tensión a la que se reali"a el transporte o la intensidad de la corriente resultando la misma potencia eléctrica transportada siempre que el producto de estas dos ma!nitudes sea i!ual valor que corresponderá a la citada potencia eléctrica transportada. /hora bien puesto que los conductores reales tienen una cierta resistencia por unidad de lon!itud y el transporte puede ser de centenares de 5ilómetros se debe contemplar la pérdida real de potencia eléctrica que se produce en este transporte. (a manera de minimi"ar dicha pérdida de potencia es efectuando el transporte a tensiones elevadas y con bajas intensidades de corriente parámetros que se ele!irán en función de las distancias a recorrer y la cantidad de potencia Página 6
eléctrica que se quiera transportar. Pero en cambio los equipos eléctricos conectados a la red no pueden operar entre tensiones tan altas ,ser$a muy peli!roso por ries!o de electrocución) por lo que se ha de reali"ar la transformación de tensiones de valores correspondientes a transporte a valores de consumo para lo cual se emplean los equipos de transformación. 6tra aplicación relacionada con la anterior es la elevación de tensiones que se produce en las subestaciones eléctricas elevadoras a la salida de las centrales de !eneración eléctrica. (a tensión de salida de la electricidad producida es baja para llevar a cabo un transporte efica" por lo que se recurre a enormes equipos de transformación a fin de elevar la tensión de la electricidad y llevarla a una tensión adecuada para el transporte. Pero ser$a inadecuado dar la idea de que los transformadores sólo encuentran su aplicación en el campo del transporte de ener!$a eléctrica. #ay multitud de aplicaciones para los transformadores también en la electrónica de circuitos como por ejemplo los circuitos de radio una de cuyas aplicaciones es la de transformador de impedancias. *i se coloca en el secundario una impedancia de valor 7 y llamamos n a %s&%p como Is'(Ip&n y Es'Epn la impedancia vista desde el primario será Ep&Ip ' (Es&n)Is ' *&n). /s$ hemos conse!uido transformar una impedancia de valor * en otra de *&n). olocando el transformador al revés lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n).
Rectificador de onda completa ircuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada ,4i) en corriente continua de salida ,4o) pulsante. / diferencia del rectificador de media onda en este caso la parte ne!ativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en ne!ativa se!+n se necesite una señal positiva o ne!ativa de corriente continua. %&isten dos alternativas bien empleando dos diodos o empleando cuatro ,puente de 8raet").
Rectificador con dos diodos %n el circuito de la fi!ura ambos diodos no pueden encontrarse simultáneamente en directa o en inversa ya que las diferencias de potencial a las que están sometidos son de si!no contrario9 por tanto uno se encontrará polari"ado inversamente y el otro directamente. (a tensión de entrada ,4i) es en este caso la mitad de la tensión del secundario del transformador . Página 7
Tensión de entrada positiva. %l diodo 0 se encuentra en directa ,conduce) mientras que el 2 se encuentra en inversa ,no conduce). (a tensión de salida es i!ual a la de entrada. %l diodo 2 ha de soportar en inversa la tensión má&ima del secundario.
Tensión de entrada negativa %l diodo 2 se encuentra en directa ,conduce) mientras que el diodo 0 se encuentra en inversa ,no conduce). (a tensión de salida es i!ual a la de entrada pero de si!no contrario. %l diodo 0 ha de soportar en inversa la tensión má&ima del secundario.
Puente de Graetz o Puente Rectificador E$ %&'% (a& &% %*p+%a$ (,a'- /& ($ +a /&p&/(/$ % +a 1/g,-a. A+ /g,a+ ,% a$'%& &+ &$ p&/+%& & %&'a& % ($,((/$ /%$ +& /& " 3 %&'$ %$ /-%('a ($,(%$ 7'%$&/$ p&/'/8a) p- %+ ($'-a-/ &$ +& /& 2 4 +& ,% &% %$(,%$'-a$ %$ /-%('a ($,(%$ 7'%$&/$ $%ga'/8a).
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A /1%-%$(/a %+ (a& a$'%-/- a9-a +a '%$&/$ *:/*a % &a+/a %& +a %+ &%(,$a-/ %+ '-a$&1-*a- 7%+ +% % +a %+ (a& a$'%-/-) +a */&*a ,% 9a$ % &p-'a- +& /& %$ /$8%-&a a+ /g,a+ ,% %$ %+ -%('/1/(a- ($ & /&. E&'a %& +a ($1/g,-a(/$ ,&,a+*%$'% %*p+%aa pa-a +a '%$(/$ % (--/%$'% ($'/$,a
Tensión rectificada.
omo acabamos de ver la curva de transferencia que relaciona las tensiones de entrada y salida tiene dos tramos' para tensiones de entrada positivas las tensiones de entrada y salida son i!uales mientras que para tensiones de entrada ne!ativas ambas son i!u y cales pero de si!no contrario. %l resultado es que en la car!a se ha eliminado la parte ne!ativa de la señal de entrada trasformándola en positiva. (a tensión má&ima en el circuito de salida es para i!ual tensión del secundario del trasformador' 4o : 4i : 4s;2 en el rectificador con dos diodos. V ; V/ ; V& %$ %+ -%('/1/(a- ($ p,%$'% % G-a%'<.
=
=
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Condensador eléctrico
%n electricidad y electrónica un condensador o capacitor es un dispositivo formado por dos conductores o armaduras !eneralmente en forma de placas o láminas separados por un material dieléctrico ,siendo este utili"ado en un condensador para disminuir el campo eléctrico ya que act+a como aislante) o por el vac$o que sometidos a una diferencia de potencial ,d.d.p.) adquieren una determinada car!a eléctrica. / esta propiedad de almacenamiento de car!a se le denomina capacidad o capacitancia. %n el *istema internacional de unidades se mide en
< : 01=? nano= < : 01 =@ o pico= < : 01 =02 =faradios. (os condensadores obtenidos a partir de s+per condensadores ,%D() son la e&cepción. %stán hechos de carbón activado para conse!uir una !ran área relativa y tienen una separación molecular entre las placas. /s$ se consi!uen capacidades del orden de cientos o miles de faradios. Ano de estos condensadores se incorpora en el reloj Binetic de *ei5o con una capacidad de 0;3 de
%n donde' +' apacidad ,' ar!a eléctrica V' Diferencia de potencial
%n cuanto al aspecto constructivo tanto la forma de las placas o armaduras como la naturale"a del material dieléctrico es sumamente variable. %&isten condensadores formados por placas usualmente de aluminio separadas por aire materiales cerámicos mica poliéster papel o por una capa de ó&ido de aluminio obtenido por medio de la electrolisis. Página 10
Energía almacenada %l condensador almacena ener!$a eléctrica en forma de campo eléctrico cuando aumenta la diferencia de potencial en sus terminales devolviéndola cuando ésta disminuye. Catemáticamente se puede obtener que la ener!$a almacenada por un condensador con capacidad que es conectado a una diferencia de potencial 4 viene dada por'
%ste hecho es aprovechado para la fabricación de memorias en las que se aprovecha la capacidad que aparece entre la puerta y el canal de los transistores C6* para ahorrar componentes.
Aplicaciones típicas (os condensadores suelen usarse para' • • • •
• • •
ater$as por su cualidad de almacenar ener!$a Cemorias por la misma cualidad
Diodo LED
LEDs.
An -E! si!las en in!lés de ight-E mitting !iode ,diodo emisor de lu") es un dispositivo semiconductor ,diodo) que emite lu" policromática es decir con diferentes lon!itudes de onda cuando se polari"a en directa y es atravesado por la corriente eléctrica. %l color depende del material semiconductor Página 11
empleado en la construcción del diodo pudiendo variar desde el ultravioleta pasando por el espectro de lu" visible hasta el infrarrojo recibiendo éstos +ltimos la denominación de IRE! ," nfra-R ed E mitting !iode). %l funcionamiento f$sico consiste en que un electrón pasa de la banda de conducción a la de valencia perdiendo ener!$a. %sta ener!$a se manifiesta en forma de un fotón desprendido con una amplitud una dirección y una fase aleatoria. %l dispositivo semiconductor está com+nmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor A .p/ + $ 0 .n/ resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. /unque el Representación simbólica del diodo LED plástico puede estar coloreado es sólo por ra"ones estéticas ya que ello no influye en el color de la lu" emitida. Asualmente un (%D es una fuente de lu" compuesta con diferentes partes ra"ón por la cual el patrón de intensidad de la lu" emitida puede ser bastante complejo E0F. Para obtener una buena intensidad luminosa debe esco!erse bien la corriente que atraviesa el (%D9 el voltaje de operación va desde 0G hasta 22 voltios apro&imadamente y la !ama de intensidades que debe circular por él va desde 01 hasta 21 m / en los diodos de color rojo y de 21 a H1 m/ para los otros (%Ds. %l primer (%D que emit$a en el espectro visible fue desarrollado por el in!eniero de 8eneral %lectric Iic5 #olonya5 en 0@?2. (os primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo permitiendo el desarrollo tecnoló!ico posterior la construcción de diodos para lon!itudes de onda cada ve" menores. %n particular los diodos a"ules fueron desarrollados a finales de los @1 por *huji Ia5amura añadiéndose a los rojos y verdes desarrollados con anterioridad lo que permitió por combinación de los mismos la obtención de lu" blanca. %l diodo de seleniuro de "inc puede emitir también lu" blanca si se me"cla la lu" a"ul que emite con la roja y verde creada por fotoluminiscencia. (a más reciente innovación en el ámbito de la tecnolo!$a (%D son los diodos ultravioletas que se han empleado con é&ito en la producción de lu" blanca al emplearse para iluminar materiales fluorescentes. -anto los diodos a"ules como los ultravioletas son caros respecto de los más comunes ,rojo verde amarillo e infrarrojo) siendo por ello menos empleados en las aplicaciones comerciales. (os (%D comerciales t$picos están diseñados para potencias del orden de los 31 a ?1 mJ. %n torno a 0@@@ se introdujeron en el mercado diodos capaces de trabajar con potencias de 0 J para uso continuo9 estos diodos tienen matrices semiconductoras de dimensiones mucho mayores para poder soportar tales potencias e incorporan aletas metálicas para disipar el calor ,ver convección) Página 12
!enerado por efecto Koule. %n 2112 se comerciali"aron diodos para potencias de G J con eficiencias en torno a ?1 lm;J es decir el equivalente a una lámpara incandescente de G1 J. De continuar esta pro!resión en el futuro será posible el empleo de (%D en la iluminación. %l comien"o del si!lo LLM ha visto aparecer los diodos 6(%D ,(%D or!ánicos) fabricados con materiales pol$meros or!ánicos semiconductores. /unque la eficiencia lo!rada con estos dispositivos está lejos de la de los diodos inor!ánicos su fabricación promete ser considerablemente más barata que la de aquellos siendo además posible depositar !ran cantidad de diodos sobre cualquier superficie empleando técnicas de pintado para crear pantallas a color.
Aplicaciones (os diodos infrarrojos ,MR%D) se emplean desde mediados del si!lo LL en mandos a distancia de televisores habiéndose !enerali"ado su uso en otros electrodomésticos como equipos de aire acondicionado equipos de m+sica etc. y en !eneral para aplicaciones de control remoto as$ como en dispositivos detectores. (os (%D se emplean con profusión en todo tipo de indicadores de estado ,encendido;apa!ado) en dispositivos de señali"ación ,de tráfico de emer!encia etc.) y en paneles informativos ,el mayor del mundo del I/*D/N tiene 3?? metros de altura y está en -imes *quare Canhattan). -ambién se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal l$quido de teléfonos móviles calculadoras a!endas electrónicas etc. as$ como en bicicletas y usos similares. %&isten además impresoras (%D. %l uso de lámparas (%D en el ámbito de la iluminación ,incluyendo la señali"ación de tráfico) es previsible que se incremente en el futuro ya que aunque sus prestaciones son intermedias entre la lámpara incandescente y la lámpara fluorescente presenta indudables ventajas particularmente su lar!a vida +til su menor fra!ilidad y la menor disipación de ener!$a además de que para el mismo rendimiento luminoso producen la lu" de color mientras que los hasta ahora utili"ados tienen un filtro lo que reduce notablemente su rendimiento. (os Jhite (%Ds son el desarrollo más reciente. An intento muy bien fundamentado para sustituir las bombillas actuales por dispositivos mucho más eficientes desde un punto de vista ener!ético. -ambién se utili"an en la emisión de señales de lu" que se trasmiten a través de fibra óptica.
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#one$ión (a diferencia de potencial var$a de acuerdo a las especificaciones relacionadas con el color y la potencia soportada. %n términos !enerales puede considerarse' • • • • • • • • • •
Rojo : 0?4 Rojo alta luminosidad : 0@4 /marillo : 0O4 a 24 4erde : 2H4 4erde alta luminosidad : 3H4 Iaranja : 2H4 lanco brillante : 3H4 /"ul : 3H4 /"ul H31nm : H?4 lanco : 3O4
(ue!o mediante la ley de 6hm puede calcularse la resistencia adecuada para la tensión de la fuente que utilicemos.
%l término M en la fórmula se refiere al valor de corriente para la intensidad de luminosa que necesitamos. (o com+n es de 01 para (%Ds de baja luminosidad y 21m/ para (%Ds de alta luminosidad9 un valor superior puede inhabilitar el (%D o reducir de manera considerable su tiempo de vida. 6tros (%Ds de una mayor capacidad de corriente conocidos como (%Ds de potencia ,0 3 Getc) pueden ser usados a 0G1m/ 3G1m/ OG1m/ o incluso a 0111 m/ dependiendo de las caracter$sticas opto=eléctricas dadas por el fabricante. abe recordar que también pueden conectarse varios en serie sumándose las diferencias de potencial en cada uno. -ambién se pueden hacer confi!uraciones en paralelo aunque este tipo de confi!uraciones no son muy recomendadas para diseños de circuitos con (%Ds eficientes.
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Transistor
Distintos encapsulados de transistores.
%l transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador oscilador conmutador o rectificador . %l término transistor es la contracción en in!lés de transfer resistor ,resistencia de transferencia). /ctualmente se los encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario' radios televisores !rabadores reproductores de audio y v$deo hornos de microondas lavarropas automáticos automóviles equipos de refri!eración alarmas relojes de cuar"o computadoras calculadoras impresoras lámparas fluorescentes equipos de rayos L tomó!rafos ecó!rafos reproductores mp3 celulares etc. *ustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos o tr$odo el transistor bipolar fue inventado en los (aboratorios ell de %%AA en diciembre de 0@HO por Kohn ardeen Jalter #ouser rattain y Jilliam radford *hoc5ley quienes fueron !alardonados con el Premio Iobel de <$sica en 0@G?. %l transistor consta de un sustrato ,usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente que forman dos uniones bipolares el emisor que emite portadores el colector que los recibe o recolecta y la tercera que está intercalada entre las dos primeras modula el paso de dichos portadores ,base). / diferencia de las válvulas el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. %n el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo a diferencia de los resistores capacitores e inductores que son elementos pasivos. *u funcionamiento sólo puede e&plicarse mediante mecánica cuántica. De manera simplificada la corriente que circula por el colector es función amplificada de la que se inyecta en el emisor pero el transistor sólo !rad+a la corriente que circula a través de s$ mismo si desde una fuente de corriente continua se alimenta la base para que circule la car!a por el colector se!+n el tipo de circuito que se utilice. %l factor de amplificación lo!rado entre corriente de base y corriente de colector se denomina eta del transistor. 6tros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son' -ensiones de ruptura de olector %misor de ase %misor de olector ase Potencia Cá&ima disipación de calor frecuencia de trabajo y varias tablas donde se !rafican los distintos parámetros tales como corriente de base tensión olector %misor tensión ase %misor corriente de %misor etc. (os tr es Página 15
tipos de esquemas básicos para utili"ación analó!ica de los transistores son emisor com+n colector com+n y base com+n. Codelos posteriores al transistor descrito el transistor bipolar ,transistores <%- C6*<%- K<%- C6* 4C6* etc.) no utili"an la corriente que se inyecta en el terminal de base para modular la corriente de emisor o colector sino la tensión presente en el terminal de puerta o reja de control y !rad+a la conductancia del canal entre los terminales de
Diodo Zener
Fotografía de un Diodo Zener
An diodo *ener es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las "onas de rupturas. (lamados a veces diodos de avalancha o de ruptura el diodo "ener es la parte esencial de los re!uladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten !randes variaciones de la tensión de red de la resistencia de car!a y temperatura.
%ím&olo es'uem(tico %l diodo 7ener se representa en los esquemas con el si!uiente s$mbolo' en cambio el diodo normal no presenta esa curva en las puntas
Resistencia )ener An diodo "ener como cualquier diodo tiene cierta resistencia interna en sus "onas P y I9 al circular una corriente a través de éste se produce una pequeña ca$da de tensión de ruptura. Página 16
%n otras palabras' si un diodo "ener está funcionando en la "ona "ener un aumento en la corriente producirá un li!ero aumento en la tensión. %l incremento es muy pequeño !eneralmente de una décima de voltio.
Regulador An re#ulador es un dispositivo electrónico creado para obtener un valor de salida deseado en base al nivel de entrada ya sea mecánico o eléctrico. %ste consiste en fijar el valor de la tensión de salida siendo esta t$picamente de @020G o 0Q4 en función de la entrada y las condiciones de la pista. Por lo !eneral es un elemento de bajada y con una disipación de calor proporcional. An ejemplo mecánico es una llave de a!ua donde se re!ula el flujo de a!ua que sale por ella. uno eléctrico puede pensarse en el car!ador de un aparato donde la entrada es la l$nea eléctrica y obtenemos a la salida el voltaje requerido por el aparato. (os re!uladores son de dos tipos fijos y ajustables de esta forma se puede tener cualquier !ama de tensiones con un bajo coste. %n sistemas de control se requieren valores fijos con precisión de los niveles milesimales en los cuales los re!uladores desempeñan un papel muy importante.
Potenciómetro
Potenciómetros.
An potenci$metro es un resistor al que le puede variar el valor de su resistencia. De esta manera indirectamente se puede controlar la intensidad de corriente que hay por una l$nea si se conecta en serie o la diferencia de potencial de hacerlo en paralelo.
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Iormalmente los potenciómetros se utili"an en circuitos con poca corriente para potenciar la corriente pues no disipan apenas potencia en cambio en los reóstatos que son de mayor tamaño circula más corriente y disipan más potencia.
Resistencia eléctrica
Grupo de resistores
*e denomina resistencia el1ctrica R de una sustancia a la oposición que encuentra la corriente eléctrica durante su recorrido. *u valor viene dado en ohmios se desi!na con la letra !rie!a ome!a may+scula ,) y se mide con el Shmetro. -ambién se define como la propiedad de un objeto o sustancia de transformar ener!$a eléctrica en otro tipo de ener!$a de forma irreversible !eneralmente calor. %sta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros esto es sin componente inductiva ni capacitiva. De e&istir estos componentes reactivos la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia. *e!+n sea la ma!nitud de esta oposición las sustancias se clasifican en conductoras aislantes y semiconductoras. %&isten además ciertos materiales en los que en determinadas condiciones de temperatura aparece un fenómeno denominado superconductividad en el que el valor de la resistencia es prácticamente nula.
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!"AGRA*A E%+UE*AT"#, -FUETE !E A"*ETA#"/0 220 Va.( 60 ><.
?30
V&?@28%1 I1*a:?"A
C?3*#
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LEDS7RV)
An(lisis del !iagrama en &lo'ues -fuente de alimentación0 Cuchos circuitos necesitan para su funcionamiento una alimentación de corriente continua ,..) pero lo que normalmente se encuentra es alimentación de corriente alterna ,./.). Para lo!rar obtener corriente continua la entrada de corriente alterna debe se!uir un proceso de conversión como el que se muestra en el dia!rama. %n el !ráfico anterior se ve el funcionamiento de una fuente con ayuda de un dia!rama de bloques. -ambién se muestran las formas de onda esperadas al inicio ,%ntrada en /..) al final ,*alida en ..) y entre cada uno de ellos. %ntonces comen"amos TRA%F,R*A!,R:
como
lo
indica
nuestro
dia!rama
con
el
%l transformador modifica los niveles de tensión alterna a los requeridos por el circuito a alimentar. %l trasformador de entrada reduce la tensión de red ,!eneralmente 221 o 021 4) a otra tensión mas adecuada para ser tratada. *olo es capa" de trabajar con corrientes alternas esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también. onsta de dos arroyamientos sobre un mismo n+cleo de hierro ambos arroyamientos primario y secundario son completamente independientes y la ener!$a eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de ener!$a ma!nética a través del n+cleo.
El es'uema de un transformador simplificado es el siguiente:
(a corriente que circula por el arrollamiento primario ,el cual esta conectado a la red) !enera una circulación de corriente ma!nética por el n+cleo del Página 20
transformador. %sta corriente ma!nética será más fuerte cuantas mas espiras ,vueltas) ten!a el arroyamiento primario. *i acercas un imán a un transformador en funcionamiento notarás que el imán vibra esto es debido a que la corriente ma!nética del n+cleo es alterna i!ual que la corriente por los arroyamientos del transformador. %n el arroyamiento secundario ocurre el proceso inverso la corriente ma!nética que circula por el n+cleo !enera una tensión que será tanto mayor cuanto mayor sea el n+mero de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente ma!nética que circula por el n+cleo ,la cual depende del numero de espiras del primario). Por lo tanto la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del n+mero de espiras de primario y secundario. omo fórmula !eneral se dice que' 40 : 42 T ,I0;I2) Donde I0 y I2 son el n+mero de espiras del primario y el del secundario respectivamente. /s$ por ejemplo podemos tener un transformador con una relación de transformación de 2214 a 024 no podemos saber cuantas espiras tiene el primario y cuantas el secundario pero si podemos conocer su relación de espiras' I0;I2 : 40;42 I0;I2 : 221;02 : 0Q33 %ste dato es +til si queremos saber que tensión nos dará este mismo transformador si lo conectamos a 0214 en lu!ar de 2214 la tensión 42 que dará a 0214 será' 021 : 42 T 0Q33 42 : 021;0Q33 : ?G 4 Por el primario y el secundario pasan corrientes distintas la relación de corrientes también depende de la relación de espiras pero al revés de la si!uiente forma' M2 : M0 T ,I0;I2) Donde M0 e M2 son las corrientes de primario y secundario respectivamente. %ntonces aplicamos la fórmula' M2 : M0 T ,I0;I2) 1.H : M0 T 0Q.33 M0 : 1.H ; 0Q.33 : 20Q m/ Página 21
•
%ntonces el transformador lo que hace es modificar los niveles de tensión alterna a los requeridos por el circuito a alimentar. %l trasformador de entrada reduce la tensión de red ,!eneralmente 221 o 021 4) a otra tensión mas adecuada para ser tratada ,en nuestro caso a 2H voltios). *olo es capa" de trabajar con corrientes alternas esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también entonces la salida de tensión alterna de nuestro transformador será de 2H4.
Entonces la tensión sale como se muestra en la figura donde 1m($ es igual a 231. (ue!o pasamos al RE#T"F"#A!,R: Para rectificar una tensión debemos tener muy claro el tipo de fuente que vamos a necesitar en contadas ocasiones optaremos por una rectificación de media onda un caso concreto es el de un car!ador de bater$as sencillo y económico en todos los demás casos es muy conveniente disponer de un rectificador de onda completa que es el caso de nuestra fuente para minimi"ar el ri"ado. (os diodos encar!ados de esta función han de poder disipar la potencia má&ima e&i!ible además de un mar!en de se!uridad. -ambién están los puentes rectificadores que suelen tener parte de la cápsula en metálico para su adecuada refri!eración lo cual hemos usado nuestra fuente. Página 22
%l rectificador mas usado es el llamado rectificador en puente su esquema es el si!uiente'
uando 4i es positiva los diodos D2 y D3 conducen siendo la salida 4o i!ual que la entrada 4i cuando 4i es ne!ativa los diodos D0 y DH conducen de tal forma que se invierte la tensión de entrada 4i haciendo que la salida vuelva a ser positiva. %l resultado es el si!uiente'
4emos en la fi!ura que todav$a no hemos conse!uido una tensión de salida demasiado estable por ello será necesario filtrarla después. %s tan com+n usar este tipo de rectificadores que se venden ya preparados los cuatro diodos en un solo componente. *uele ser recomendable usar estos puentes rectificadores ocupan menos que poner los cuatro diodos y para corrientes !randes vienen ya preparados para ser montados en un radiador. %ste es el aspecto de la mayor$a de ellos'
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-ienen cuatro terminales dos para la entrada en alterna del tr ansformador uno la salida positiva y otro la ne!ativa o masa. (as marcas en el encapsulado suelen ser' U Para las entradas en alterna V Para la salida positiva W Para la salida ne!ativa o masa. •
%ntonces el puente rectificador convierte la señal alterna que sale de nuestro transformador la cual es alterna con voltaje pico de 2H4 en una onda de corriente continua pulsante ,que observamos en el !ráfico anterior) y en el caso del dia!rama de bloques ,convierte la parte ne!ativa de la onda en positiva) esta tensión no es lo suficientemente estable por lo que la filtraremos.
%l si!uiente paso es el F"TRA!, ' (a tensión en la car!a que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. %n un ciclo de salida completo la tensión en la car!a aumenta de cero a un valor de pico para caer después de nuevo a cero. %sta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. (o que se necesita es una tensión constante similar a la que produce una bater$a. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la car!a es necesario emplear un filtro. %l filtro está formado por uno o más condensadores ,capacitores) alisa o aplana la onda anterior del rectificador. (os capacitores se car!an al valor má&imo de tensión entre!ada por el rectificador y se descar!an lentamente cuando la señal pulsante desaparece. (os condensadores que se usan son de tipo electrol$tico con un valor de capacidad que como m$nimo suele ser de 0111u<. Deben poder soportar al menos una tensión doble de la tensión de pico que entre!ue el transformador. /s$ mismo deben ele!irse condensadores con poca corriente de fu!a ya que de lo contrario se tendr$a una disipación de potencia apreciable en dicho elemento provocando que se calentase y si alcan"a temperaturas elevadas lle!ado el caso estallase.
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a tensión despu4s del filtro nos 'ueda como este gr(fico. X por ultimo tenemos el REGUA!,R ' An re!ulador o estabili"ador es un circuito que se encar!a de reducir el ri"ado y de proporcionar una tensión de salida de la tensión e&acta que queramos. %n esta sección nos centraremos en los re!uladores inte!rados de tres terminales que son los más sencillos y baratos que hay en la mayor$a de los casos son la mejor opción. -as ideas 23sicas de funcionamiento de un re#ulador de este tipo son4
0. (a tensión entre los terminales 4out y 8ID es de un valor fijo no variable que dependerá del modelo de re!ulador que se utilice. 2. (a corriente que entra o sale por el terminal 8ID es prácticamente nula y no se tiene en cuenta para anali"ar el circuito de forma apro&imada.
*567
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!"AGRA*A !E #"R#U"T, -FUETE !E A"*ETA#"/0
"N4"4
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LI!" DE C#$P#NENE!E% &'n transformador (()*+),-."/
&un diodo led verde
&( resistencia de -1 &un diodo semiconductor
&un condensador de (())uf a )0
&un diodo led ro2o
&una resistencia de -)1 &diodo -N3-34
&- transistor 5C34
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&- resistencia de (1
&-resistencia de (()
&- potenciometro de 9 &- resistencia ).36 7 (8at
&- condensador de -))nF,cer:mico/
&- condensador de -#uF
&- regulador $L+-6
0 fusible
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ista de precios: Dispositivos
Precios por unidad
Transformador 220/0 !".# amperio$ Diodo semiconductor !&$ condensador 2200u' !#0($ Diodo led )erde Diodo led ro*o diodo "+,",transistor C#,condensador "0u' resistencia de 0., #1at condensador "00nf!cermico$ regulador 3L" potenciómetro de #4 resistencia de "5 o6m resistencia de 220 o6m resistencia de 25 o6m resistencia de "5 o6m !#!"L
%/."#.00 %/.".20 %/.2.#0 %/.0."0 %/.0."0 %/.0.#0 %/.0.#0 %/.0.#0 %/.0.-0 %/.0.#0 %/.".#0 %/.".00 %/.0."0 %/.0."0 %/.0."0 %/.0."0 *.(.;)
#UA!R, !E 1,TA8E%: 4s 4c 4N 41,min) 41,ma&)
4.ac 4.cc 4.cc 0.3 59.
PR,;E*A% < %,U#",E%
PR,;E*A%:
%l transformador no entre!aba voltaje debido a que los alambres estaban cubiertos con un material no conductor.
(a posición del emisor del transistor que sale en el circuito de la hoja a trabajar estaba mal.
*e quemo nuestro condensador electrol$tico debido a no percatarnos de la polari"ación del condensador.
Io funcionaba nuestro sistema de alerta a corto circuito.
%,U#",E%:
*e limo los terminales del transformador permitiendo as$ deshacernos del material no conductor.
ambiar la posición del emisor.
omprar uno nuevo y cambiar la polaridad del condensador.
olocar bien nuestros cables
En conclusión: •
(os transformadores se utili"an para disminuir o elevar voltajes de corriente alterna.
•
(os rectificadores están formados por diodos y se utili"an el proceso de transformación de una señal de corriente alterna a corriente continua permitiendo el paso o no de los semiciclos de ondas de corriente alterna.
•
(os filtros pueden ser de varios tipos y se utili"an para eliminar la corriente pulsante dejada por el rectificador.
•
(os re!uladores son un !rupo de elementos o un elemento electrónico que reducen el ri"ado dándonos una tensión constante.
