Instituto Tecnológico de Veracruz
MATERIA: Mediciones Eléctricas
Trabajo: Reporte de practica
Presenta: Fhidel de Jesús Cabrera Guevara
Carrera: Ing. Electrónica
Horario: Lunes ± Viernes (12:00pm ± 1:00pm)
Lunes, 27 de Julio de 2011
Introducción En este reporte técnico té cnico se procederá p rocederá a explicar como es el diseño, armado ar mado y funcionamiento de una fuente de poder regulada de 0 a 12 volts a 1 ampere, antes de iniciar la descripción descripc ión del diseño, di seño, elaboración elabor ación y funcionamiento funciona miento procedamos pr ocedamos a aclarar algunos conceptos conceptos básicos de ello. Resulta sencillo armar una fuente de alimentación fija. El juego de palabras regulada, fija y ajustable, responde a tres conceptos bien diferenciados en la práctica, ya que la parte de regulada, se refiere a la operación interna que se encarga de realizar las auto correcciones necesarias para que a la salida entregue la tensión establecida como tal, el término de fija, responde al hecho que representa en sí misma que la tensión de salida no varía en ± lo previsto en las especificaciones del fabricante que puede ser alrededor de 0,05V y por último el término de ajustable evidencia que el usuario puede ajustar la tensión de salida al nivel que en cada momento necesite. Cuando necesitamos disponer de una fuente de alimentación con ciertas características, es buena práctica tomarse un tiempo meditando las necesidades que queremos abarcar, es decir, hemos de considerar los márgenes de tensión entre los que podemos vernos obligados a utilizar, entre los cuales es muy conveniente disponer siempre de una tensión mínima de 0 Volts hasta lo que se requería para alimentar ciertos dispositivos (en este caso la fuente a describir llegara hasta 12 volts, puesto que los rangos de tensión son muy usadas) o bien lo que nos permita la economía. Ahora bien resulta fácilmente fácilmente adquirir un kit de armado de la fuente fuente y proceder al montaje como fines prácticos, pero para fines educativos es mucho mejor iniciar la elaboración de las tabletas de armado (protoboard), esto con el fin de comprender como se lleva a cabo el funcionamiento y conexión de la fuente. Así pues este trabajo trabajo iniciémonos iniciémonos explicando explicando como es la elaboración elaboración del circuito, el armado en el protoboard, las mediciones que tuvimos y finalmente el armado final de la fuente, así como su circuito impreso y diseño.
Generalidades Transformador Se
denomina transformador o trafo (abreviatura), a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
Puente rectificador de diodos 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 particular es el de un cargador de baterías sencillo y económico, en todos los demás casos, es muy conveniente disponer de un rectificador de onda completa, para minimizar el rizado. Los diodos encargados de esta función han de poder disipar la potencia máxima exigible además de un margen de seguridad. También están los puentes rectificadores que suelen tener parte de la cápsula en metálico para su adecuada refrigeración.
El Condensador Electrolítico o filtro. A la hora de diseñar una fuente de alimentación, alimentación, hay que tener en cuenta algunos factores, uno de ellos es la corriente que se le va pedir, ya que éste es, el factor más importante después de la tensión. Para determinar el valor del condensador electrolítico que se ha de aplicar a la salida del puente rectificador en doble onda, para alisar la corriente continua; la regla empírica que se suele aplicar, suele estar sobre los 2.000 uF por Amperio de salida y la tensión del doble del valor superior estándar al requerido, o sea, según esto, para una fuente de 1'5 A a 15 V, el condensador electrolítico debe ser al menos de 3.000 uF/35V.
Como se ha mencionado la tensión del condensador, se debe sobre dimensionar, ésta debe ser al menos diez unidades mayor que la tensión que se recoja en el secundario del transformador o la más aproximada a ésta por encima (estándar en los condensadores). Este es el margen de seguridad exigible, ya que en muchas ocasiones los valores de tensión a los que se exponen no sólo depende de la tensión nominal, también hay tensiones parásitas que pueden perforar el dieléctrico, en caso de ser muy ajustada la tensión de trabajo y máxime si estamos tratando con una fuente balanceada, este es otro caso.
Regulador de voltaje La familia famili a 78xx y 79xx son una gama de integrados dedicados a la regulación de voltaje, hay muchas variables: regulables, fijos, de tensión positiva o negativa... Pero
el mas común, y el que mayormente usaremos, es el famoso 7805, que es un regulador de tensión positiva de 5 Volts a 1A. Entonces la manera mas segura, económica y sencilla de obtener ese voltaje, es la utilización de un integrado regulador de voltaje, y el 7805 es uno de los mas indicados ya que mantendrá fija la tensión en 5V, siempre y cuando en su entrada reciba al menos 6V.
Potenciómetro Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, indirectam ente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie. Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reóstatos, que pueden disipar más potencia.
Transformación: Convierte la tensión de entra de 120vca en tensión de salida de 5 a 12 vca Rectificación: Hace que la corriente sea constante, continua y no sufra variaciones de voltaje que puedan dañar a los componentes. Filtrado Trabaja la señal para que no tenga oscilaciones (aplanar al máximo la señal). Estabilización: Mediante un regulador conseguimos que cuando aumente o disminuya la señal de entra no afecte a la tensión de salida
Diagrama seccionado.
Materiales y y y y y y y y y y y y
1 Transformador de 120v a 12v a 1ª 1 Puente de diodos 1 Capacitor de 2200mf a 50v 1 Capacitor de 22nf cerámico 1 regulador de voltaje 7812 1 LED 1 resistencia de 1.5k 1 potenciómetro de 10k 1 apagador de CA 1 fusible (capsula para montar el fusible también) Osciloscopio, multimetro. Soldadura, estaño, placa de baquelita, cloruro férrico, etc..
Diagrama usado
T1- Trasformador D1 D2 D3 D4 ± Puente de diodos (aspecto físico solo 1) C1 ± Capacitor 2200mf 50v CI1 ± L7812 C2 ± Capacitor 22n R2 ± 1.5k ohm L1 ± LED P1 o R1 ± Potenciometro 10k
Ohm
PCB
DESARROLLO La fuente se armo en el protoboard para pruebas de funcionamiento funcionam iento y mediciones, mediciones, antes de la fuente final. Lo que hicimos en ese entonces fue: y y y
Colocar al transformador una clavija para conectarla a la corriente alterna. Colocar las piezas de acuerdo al diagrama dado. Medir en cada una de las etapas su voltaje y forma de onda
Los resultados de las mediciones y las formas de onda (imágenes similares ilustrativas) del osciloscopio son las siguientes:
Señal
de entrada entregada por el Transformador En la imagen siguiente se observa la señal resultante que nos entrega el puente rectificado. En la cual se puede ver que similar ala que nos entrego el rectificador de onda completa. Pero este puente rectificador tiene una característica especial, la cual es que nos entrega una señal rectificada positiva tanto una negativa.
Salida
positiva del
Puente
rectificador.
Ahora si si colocamos colocamos la punta del del osciloscopio osciloscopio en en el terminal terminal marcado con con el signo menos y el terminal central del transformador marcado como GND, podemos apreciar que nos entrega una señal negativa rectificada.
Señal
de Salida del capacitor Rectificada y Filtrada ( Positiva). Tomando como referencia el terminal negativo obtenemos una señal parecida al resultado anterior pero esta al pasar por el capacitor crea una memoria que almacena el voltaje y no lo deja ir así se hacer una línea casi recta y no un rizado como la anterior. Esta misma imagen es similar para la salida del regulador de voltaje
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Después de las mediciones el el protoboard, se dio luz verde a hacerla en circuito impreso. diseñe mi propio diseño de acuerdo a mis especificaciones en el programa Wi zard que venia con el programa live wire. PCB Wizard
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Luego de tener el diseño decidí que lo haría por el método de serigrafiado a calor, así que lo imprimí en una hoja encerada, y planche el resultado en la baquelita por cerca de 2 min. Luego quite el papel mojándolo en agua, ya una vez teniendo las pistas listas, lo sumergí en la mezcla de cloruro férrico. Perfore y lije la superficie de las pistas y monte las piezas, añadiendo 2 bloques para las entradas y salida de los voltajes. Para la adaptación final lo coloque en una caja pequeña y le adapte otros componentes como lo es un switch y un fusible, y de salida le puse un adaptador de prensa, como el que ocupan en audio para conectar las bocinas.
Conclusiones La fuente salió sin contratiempos, el montaje en la caja y el ensamblado en el circuito impreso fue lo mas mas difícil pero se pudo hacer, yo utilicé otro diagrama y valores para las piezas ya que la necesito regulable de 0v a 12v para diferentes proyectos que tengo, mas sin embargo el componente principal el 7812 sigue siendo de la misma familia principal ocupada en el diagrama original, y el capacitor de 2200mf le da una mejor memoria y por lo mismo menos rizado en la onda rectificada, además le agregue un capacitor de 22nf para los ruidos de la corriente.