Practica De Laboratorio 4 Construcción Fuente de voltaje DC Dual Ajustable. Jose Luis Garcia Cristian Gonzalez Niño Julian Alejandro Gil Escuela De Ingeniería Electromecánica, Universidad Pedagógica Y Tecnológica De Colombia, Duitama
En esta práctica de laboratorio se debe construir una fuente de voltaje DC con diferentes salida de voltaje: una salida de 5V fija de 1A, Una salida bipolar variable y una salida variable de 12V de 2A.
Resumen:
In this lab is built a DC voltage source with different output voltage: 5V fixed output 1A, A bipolar, variable output and variable output 12V 2A.
Abstract:
Palabras clave:
Transistor: El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistor de transferencia»). Actualmente Actualmente se encuentran encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, entre otros.
Figura 1. Símbolo Eléctrico Transistor
OBJETIVOS:
a) Analice el plano propuesto:
Identificar las etapas de conversión de voltaje requeridas para cargas dc, a partir de fuentes alternas. Desarrollar una placa de circuito impresa a partir de las herramientas del programa de Proteus. 1. FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE Construya una fuente de voltaje que cumpla con las siguientes características:
1 salida de voltaje fija de 0-16V, corriente nominal de 2A. 1 Salida de voltaje variable 0-12V, corriente nominal de 1A. Indicación con led de encendido para fuente. Indicación de variación de voltaje con barra de leds (numeral 2). Protección contra sobre carga y cortocircuito (fusible de 2A). Borneras de conexión marcadas. Interruptor de encendido. El puente rectificador puede utilizarlo integrado o armarlo con diodos. El transformador y el puente rectificador que adquiera, deberán ser de 2A. Use un transformador reductor de 120 a 12 Vrms, 2A. La fuente debe estar armada en una caja que contenga porta fusible. Debe adquirir entre otros componentes para la obtención de tarjetas impresas: 1 cautín, estaño, pomada para soldadura y 2 baquelitas. Los reguladores deberán contar con disipador del calor y además deberá comprar un porta integrado de 18 pines para el LM3914.
Figura 1. Fuente de voltaje: Salida bipolar variable. Salida 5V fija. Salida 12V variable de 2 A.
Es una fuente regulable, lo que quiere decir que puede variar su voltaje de 0 a 12 voltios, un voltaje en el que funcionan la mayoría de proyectos electrónicos. Es una fuente bipolar, esto indica que la fuente proporciona dos voltajes; de 0 a 12 voltios positivos y de 0 a 12 voltios negativos, lo que resulta muy útil en proyectos con amplificadores operacionales. El amperaje es de 2A el cual es proporcionado por los reguladores, al menos la mitad de los circuitos electrónicos no necesitaran más de 1 amperio. Tabla 1. Componentes electrónicos
Cantidad 1 1 1 1 1
Elemento Transformador de 115V-12V a 2A Puente rectificador a 2A y 420V Regulador de voltaje constante a 5V Regulador de voltaje variable 1,2V hasta 37V Regulador de voltaje
Referencia
RS205 7805 LM317T LM337T
2
variable -1,2V hasta 37V Transistor Condensador electrolítico a 50V Condensador electrolítico a 50V Condensador electrolítico a 50V Condensador cerámico Condensador cerámico Condensador cerámico Potenciómetros
3
Resistencias
2
LED
7
Porta bananas
Varios
13
Terminales Circuito integrado comparador con porta integrado LED
4
Resistencias 1/2W
2
Baquelita de cobre Disipadores de calor más sus aisladores de mica para los reguladores y el transistor.
1 2 1 4 2 1 1
1
3
2N3055 3300 μF 2200 μF 10 μF 0.1 μF 0.33 nF 0.1 nF 5KΩ 120Ω,240Ω y 1kΩ Verde Borneras de salida 2,3 y 4 pines LM3914 Blanco 1,5kΩ, 5,1KΩ, 68KΩ, 22KΩ 10x10 cm
b) Proponga un lugar en el circuito donde ubicaría un fusible de 2A que proteja todos los componentes. El fusible de 2 amperios debería ir justo después del transformador, ya que este va a suministrar una corriente cercana al valor del fusible, y llegado el caso en que esta corriente sea mayor el fusible que hemos puesto mantendrá seguros el resto de componentes. c) Simule el compruebe voltaje son descripción
etapa de toda la fuente: salida variable y salida fija.
circuito completo y que los niveles de los esperados. Incluya y análisis de cada
Figura 2. Simulación Fuente completa
Una fuente de voltaje funciona como una batería, ambos proporcionan alimentación a un circuito electrónico, pero una fuente de voltaje convierte el voltaje alterno que se suministra en un toma corriente a un voltaje menor y continuo, y debido a que se encuentra conectada a un toma corriente una fuente de voltaje no se descarga en comparación de una batería, pero claro la fuente debe de estar siempre conectada. Esta fuente de voltaje cuenta con 4 etapas: 1. Etapa del Transformador: El transformador permite disminuir el voltaje que se obtiene de un tomacorriente, en este caso el transformador lleva el voltaje de 115V a 12 V con una frecuencia de 60 Hz. Cabe resaltar que el transformador usado tiene derivación central (Tap central). 2. Etapa del Rectificado: se encarga de convertir el voltaje alterno en directo por medio de diodos, específicamente por medio de un puente de diodos o rectificador de onda completa. En la entrada del
puente tenemos un voltaje alterno mientras que en su salida se tendrá un voltaje directo con polo positivo y otro negativo. 3. Etapa de Filtrado: El filtro, formado por uno o más condensadores (capacitores), alisa o aplana la onda eliminando el componente de corriente alterna que entregó el rectificador. Los capacitores se cargan al valor máximo de voltaje entregado por el rectificador y se descargan lentamente cuando la señal pulsante desaparece. 4. Etapa de Regulación: El regulador de voltaje permite estabilizar el voltaje reduciendo el rizado y proporciona un voltaje continuo a la salida de un valor determinado.
Salida 5V Fija:
Salida 12V variable de 2A:
Figura 4. Salida variable 12V
Para esta salida (Figura 4) se usó un regulador LM317T junto con un transistor 2N3055. El LM317T es un regulador de tensión ajustable de tres terminales capaz de suministrar más de 1,5 A en un rango de entre 1,2 hasta 37 Voltios. El transistor se usa para obtener una corriente mayor a la salida, en este caso obtener una corriente de 2 amperios. Para la salida variable negativa (Figura 5) se utilizó un regulador LM337T que es un regulador de tres terminales de voltaje negativo capaz de entregar 100 mA y un rango de salida de 1.2 a 37 volts.
Figura 3. Salida 5V fija
Para esta salida (Figura 3) se utilizó un regulador 7805, el cual proporciona un voltaje positivo y constante de 5 voltios.
Figura 5. Salida variable negativa 12V
d) Elimine la fuente alterna VSIN y agregue conectores para entrada y salida del circuito.
Figura 8. PCB en 3D
Figura 6.
En la figura 6 se puede apreciar que la fuente y el transformador fueron reemplazados por conectores ya que estos no poseen un diseño en ARES para poder realizar la PCB. Además, los led y los potenciómetros fueron reemplazados por conectores de 2 y 3 pines respectivamente, ya que estos componentes presentaban el mismo problema del transformador. e) A partir de las herramientas para la creación de circuitos impresos con Proteus, obtenga la tarjeta o PCB (layout) de su fuente. Realice el procedimiento de impresión en una baquelita y arme la fuente.
En un principio, se usó el modelo de PCB presentado en las figuras 7 y 8 pero tuvieron que ser reemplazados ya que este modelo presentaba dos inconsistencias en las conexiones y lo más preocupante era el tamaño de los caminos, ya que estos eran muy delgados lo que seguramente traería más inconvenientes. Por las razones ya mencionadas se tuvo que cambiar el modelo de PCB por el mostrado a continuación:
Figura 9. PCB Final
Figura 10. PCB 3D Final Figura 7. PCB Proteus
Proceso de construcción Fuente: Luego de obtener el diseño de la PCB en Proteus se imprime en papel termotransferible y en una impresora láser ya que esto hará más fácil pasar el diseño a la baquelita. Para llevar a cabo el proceso de transferencia se debe poner la baquelita con él con el diseño en medio de 2 placas de acero (Figura 11) que luego serán llevadas a un horno durante 15 min aproximadamente (Figura 12).
Figura 13.
Como se puede apreciar en la anterior figura el diseño anteriormente impreso se ha plasmado en su totalidad sobre la baquelita. A continuación esta placa se introducirá en persulfato de sodio el cual funcionara como agente oxidante eliminando el cobre que no necesitamos de la superficie de la baquelita (Figura 14).
Figura 11.
Figura 14. Figura 12.
En la figura 13 se puede apreciar el estado de la baquelita después de haberla sacado del horno.
Figura 15.
En la figura 15 se puede observar el estado de la baquelita luego de haber durado aproximadamente 1 hora en la solución de persulfato de sodio y agua. A continuación se procede a realizar los agujeros para los componentes; para ello se usaron brocas de 1/32 y 1/64. El siguiente paso consiste en soldar los componentes a la placa según el plano propuesto (Figura 16 y Figura 17).
Figura 16.
Figura 17.
Los pasos a seguir de aquí en adelante son montar la placa en una caja para fuentes de voltaje agregando componentes adicionales como el transformador y el circuito indicador de voltaje variable entre otros.
