Practica III - Fuente de Voltaje Basica

P R I M E R

D IV IS IÓ N

2 0 1 2

D E E S T U D IO S D E P O S G R A D O L A B O R A T O R I O

E I N V E S T I G A C I Ó N

D E E L E C T R Ó N I C A

M A T E R I A : A M P L I F I C A D O R E S O P E R A C I O N A L E S C L A

V E

M

I E 0 0 2 3

R E P O R T E D E P R Á C T I C A N o . 3

“ D i s e ñ o y c o n s t r u c c i ó n d e u n a f u e n t e d e v o l t a j e c o n s a l i d a d u a l d e + / - 1 2 v , u n v o l t a j e f i i j o d e 5 V . y u n v o l t a j e v a r i a b b l e d e 1 . 2 5 V a 3 3 V . "

A L U M

N O S :

I n g . F r a n c i s c o J a v i e r F l l o r e s M i g u e l M 1 2 2 9 0 0 1 5 I n g . J o s é S a l v a d o r J i m é n e z S i l v a M 1 2 2 9 0 0 1 8

P R O F E S O R : M . C . A r m a n d o G a r c í a M e n d o z a

[ T y p e t e x t ]

C d . G u z m á n J a li s c o a J u e v e s 2 6 d e N o v i e m b r e d e l 2 0 1 2

v . I n s t i t u t o T e c n o l ó g i c o N o . 1 0 0 , C . P . 4 9 1 0 0 , A . P . 1 5 0 C d . G u z m á n , J a l . T e l s . ( 3 4 1 ) 5 7 5 2 0 5 0 , F a x : 5 7 5 2 0 7 4 , w w w . i t c g . e d u . m x

A v . I n s t i t u t o T e c n o l ó g i c o N o . 1 0 0 , C . P . 4 9 1 0 0 , A . P . 1 5 0 C d . G u z m á n , J a l . T e ls . (3 4 1 ) 5 7 5

2 0

5 0 , F a x : 5 7 5

2 0

7 4 , w w w . i t c g . e d u . m x

Instituto Tecnológico de Cd. Guzmán

Diseñar, construir y probar una fuente lineal fija, la cual sea conectada a la red y a su salida nos entregue un voltaje regulado por medio del LM317, y sea capaz de proporcionar un voltaje dual de +/- 12v, como uno fijo de 5v, por medio de las series de reguladores 78XX y 79XX.

En la mayorí mayoríaa de equipo equiposs electró electrónic nicos os las fuent fuentes es de voltaj voltajes es son una parte parte importante para el desarrollo de un circuito y para el optimo aprendizaje del alumno, estas fuentes pueden ser ya sea variable o fija, comercialmente existen much muchas as fuen fuente tes, s, pero pero en la gran gran ma mayo yorí ríaa pode podemo moss obse observ rvar ar que que no son son diseñadas de una forma correcta, ya que meten mucho ruido y el voltaje de salida no es exactamente lo que indica el fabricante, además manejan muy poca corriente y eso nos limita para poder trabajar con ellas. Esto ha hecho que los que se dedican a la electrónica fabriquen sus propias fuentes de voltaje, para lograr satisfacer alimentar sus circuitos sin depender de otros, y asi lograr una mayor eficiencia como un menor error y costo en la misma fuente, por este motivo se busco realizar esta practica para poder realizar una fuen fuente te de volt voltaj ajee vari variab able le para para pode poderr sati satisf sface acerr las las nece necesi sidad dades es an ante teri rior ores es expuestas, en donde para el mayor aprovechamiento de esta fuente aparte del voltaje regulado de 1.2v a 24v se le incluyó 3 voltajes fijos una dual (+/-12v.) y otra de 5v. Debido a la importancia de la misma, la etapa de alimentación es importantísima para nuestro conocimiento y para nuestra especialidad, ya que con ella se puede aplicar a todo tipo de circuitos de control y diseño, y es conveniente tomar en cuenta cuenta la etapas etapas que conforman conforman a la fuente, fuente, como la función función que realizan realizan estas estas mismas, en donde encontramos información casi en cualquier libro de electrónica, acerca de las fuentes lineales de voltaje, por otro lado en Internet, había bastante informaci info rmación ón del mismo mismo tema, tema, como la potencia potencia máxima máxima que soport soporta, a, los valores valores de resi resist stor ores es para para el ma mane nejo jo de un dete determ rmin inad ado o volt voltaj ajee y así así los los cálc cálcul ulos os y ventajas con las que cuenta este tipo de alimentación, la estabilización de tensión, las las pérd pérdid idas as debid debidas as a la disip disipac ació ión n de calor calor y las las prot protec ecci cion ones es para para ma mayo yorr seguridad de la misma.

Amplificadores Operacionales

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El gran avance de la tecnología a permitido tener hoy en día en dispositivos electrónicos y en cualquier circuito electrónico una fuente de voltaje para llevar acabo un determinado trabajo y funcionar de forma correcta, la cual convierte la corriente eléctrica alterna a corriente continua. El crec crecie ient ntee aume aument nto o de prod produc ucto toss elec electr trón ónic icos os ha im impu puls lsad ado o el auge auge y el desarr desarroll ollo o en las fuente fuentess de ali alimen mentaci tación, ón, hasta hasta hacer hacer presci prescindi ndible ble esta, esta, en cualquier diseño o prototipo de tipo comercial como industrial, a pesar que estas tienen algunas deficiencias como gran tamaño, alto nivel de disipación de calor y variación del voltaje de salida respecto a la carga, se siguen utilizando ya que gene genera ran n un ruid ruido o y riza rizado do meno menor, r, sien siendo do má máss inmu inmune ness a las las radi radiac acio ione ness electromagnéticas.La mayoría de dispositivos electrónicos necesitan una fuente de energí energíaa establ estable, e, consis consisten tente te y pura pura para para funcio funcionar nar correc correctam tament ente, e, existe existen n muchas formas de nombrarlas y dependiendo del ámbito o sector se denominan de una una form formaa u otra otra,, cuyo cuyoss no nomb mbre ress son son rect rectif ific icad ador ores es,, tran transf sfor orma mado dore res, s, conver convertid tidore oress o ali alimen mentad tadore ores, s, no siempr siempree correc correctam tamen ente te pero pero igualm igualmen ente te utilizados. La función de una fuente de alimentación, como ya se menciono es convertir la tensión alterna en una tensión continua lo más estable posible, para ello se usan los siguientes componentes o etapas para su optima realizacion :    

Transformador de entrada; Rectificador a diodos; Filtro Regulador lineal.

Este último no es siempre imprescindible, pero de una forma mas clara las etapas de estos dispositivos son las siguientes, a grandes rangos:

Figura 1.- Diagrama esquemático de una fuente lineal regulada y fija.


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Transformador

Comenzando por el transformador, es aquel dispositivo que reduce la tensión de la red (generalmente 220 o 120 V) o ha otra tensión mas adecuada para ser tratada. tratada. Solo es capaz de trabajar con corriente corrientess alternas. alternas. Esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también. Consta Cons ta de dos dos arro arroya yami mien ento toss sobr sobree un mi mism smo o núcl núcleo eo de hier hierro ro,, am ambo boss arrollamientos, primario y secundario, son completamente independientes y la energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través del núcleo. El esquema de un transformador simplificado es el siguiente:

Figura 2.- Nucleo del Transformador.

La tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de espiras de primario y secundario. Como fórmula general se dice que: V1 = V2 * (N1/N2)

Dond Dondee N1 y N2 son son el núme número ro de espi espira rass del del prim primar ario io y el del del secu secund ndar ario io respectivamente.

Rectificación

Rectificador a diodos: El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión altern alternaa que sale sale del transf transform ormado adorr en tensió tensión n contin continua. ua. Para Para ello ello se utiliz utilizan an diodos. diodos. Un diodo diodo conduce conduce cuando cuando la tensi tensión ón de su ánodo es es mayor mayor que la de su cátodo. Es como un interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales:


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Figura 3.- Similitud con un interruptor en la rectificación

Rectificador Rectificador en puente: El rectificador es el mas usado es el llamado rectificador en puen puente te,, esta esta form formad ado o por por cuat cuatro ro diod diodos os cone conect ctad ados os como como se mues muestr traa en el siguie siguiente nte esque esquema: ma:

Figura 4.- Conexión del puente rectificador

cuyo funcionamiento de estos puentes rectificadores es el siguiente: 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. Asi el resultado de esta rectificación es el siguiente:


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Figura 5.- Formas de rectificación con puente rectificador

Vemo Vemoss en la figu figura ra que que toda todaví víaa no se a cons conseg egui uido do una una tens tensió ión n de sali salida da demasiado estable, por ello, será necesario filtrarla después. Es tan común usar este tipo de rectificadores que se venden ya preparados los cuatro diodos en un solo solo compon component ente. e. Suele Suele ser recom recomend endabl ablee usar usar estos estos puente puentess rectif rectifica icador dores, es, ocupan menos que poner los cuatro diodos y para corrientes grandes vienen ya preparados para ser montados en un radiador. Este es el aspecto de la mayoría de ellos:

Figura 6.- Puentes rectificadores comerciales

Estos Estos puent puentes es rectif rectifica icador dores es tienen tienen cuatro cuatro termin terminale ales, s, dos para para la entrad entradaa en alterna del transformador, uno la salida positiva y otro la negativa o masa. Las marcas en el encapsulado suelen ser: ~ Para las entradas en alterna + Para la salida positiva – Para la salida negativa o masa. Rectificador a dos diodos: La forma de la onda de salida es idéntica a la del rectificador en puente, sin embargo este rectificador precisa de un transformador con con toma toma medi mediaa en el secu secund ndar ario io.. Un tran transf sfor orma mado dorr de este este tipo tipo tien tienee una una


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conexión suplementaria en la mitad del arrollamiento secundario. Normalmente se suele tomar como referencia o masa la toma intermedia, de esta forma se obtienen dos señales senoidales en oposición de fase, cuyo esquema que genera esto es el rectificador con dos diodos es el siguiente:

Figura 7.- Rectificación con dos diodos

Tal y como son las tensiones en A y en B nunca podrán conducir ambos diodos a la vez, cuando A sea positiva (B negativa) el ánodo de D1 estará a mayor tensión que su cátodo, provocando que D1 conduzca, cuando B sea positiva (A negativa) el án ánod odo o de D2 esta estará rá a ma mayo yorr tens tensió ión n que que su cátod cátodo, o, prov provoc ocan ando do que que D2 conduzca, obteniéndose la misma forma de Vo que con el puente rectificador, la ventaja de este montaje es que solo utiliza dos diodos y solo conduce uno cada vez. Filtrado

La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos, lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería, para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro, el tipo más común de filtro es el del condensador a la entrada.


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Figura 8.- conexión del capacitor como filtro

Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensión de pico Vmax una vez vez reba rebasa sado do el pico ico posit ositiivo el cond condeensad nsador or se abre abre debi debido do a que el condensador tiene una tensión Vmax entre sus extremos, como la tensión en el secundario del transformador es un poco menor que Vmax el cátodo del diodo esta a mas tensión que el ánodo, con el diodo ahora abierto el condensador se descarga a través de la carga, en la siguiente figura, se muestra este proceso.

Figura 9.- Forma de onda con capacitor

La tensión en la carga es ahora casi una tensión ideal, solo nos queda un pequeño rizado rizado origin originado ado por por la carga carga y descar descarga ga del condens condensado ador, r, para para reduci reducirr este este rizado podemos optar por construir un rectificador en puente: el condensador se cargaría el doble de veces en el mismo intervalo teniendo así menos tiempo para descargarse, en consecuencia el rizado es menor y la tensión de salida es más cercana a Vmax. Efec Efecto to del conde condens nsad ador or en la conduc conducci ción ón del diodo diodo:: El diodo diodo solo solo cond conduc ucee cuando el condensador se carga, cuando el condensador se carga aumenta la tens tensió ión n en la sali salida da,, y cuan cuando do se desc descar arga ga dism dismin inuy uye, e, por por ello ello pode podemo moss distinguir perfectamente en el gráfico cuando el diodo conduce y cuando no.


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En la siguiente figura se ha representado la corriente que circula por el diodo, que es la misma que circula por el transformador:

Figura 10.- Carga y descarga del capacitor al filtrarse la señal

Si ponem ponemos os un conden condensad sador or mayor mayor reduci reducimos mos el rizado rizado,, pero pero al hacer hacer esto esto también también reducimos reducimos el tiempo de conducción conducción del diodo, diodo, Como la corriente corriente media que pasa por los diodos será la misma (e igual a la corriente de carga) los pulsos de corriente se hacen mayores como se muestra:

Figura 11.- Rectificación a mayor capacitancia

Y esto no solo afecta al diodo, al transformador también, ya que a medida que los pulsos de corriente se hacen mas estrechos y mas altos a su vez la corriente eficaz aumenta, si nos pasamos con el condensador podríamos encontrarnos con que tenemos un transformador de 0,5 A y no podemos suministrar mas de 0,2 A a la carga (por poner un ejemplo). La figu figura ra 12 mues muestr traa dos dos filt filtro ross RC entr entree el cond conden ensa sado dorr de entr entrada ada y la resistencia de carga, el rizado aparece en las resistencias en serie en lugar de


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hacerlo en la carga, la desventaja principal del filtro RC es la pérdida de tensión en cada resistencia. Esto quiere decir que el filtro RC es adecuado solamente para cargas pequeñas.

Figura 12.- Filtro RC

Forma de onda de salida

La figura 13 muestra la forma de onda a través de un filtro de condensador. El tiempo T 1 es el tiempo durante el cual los diodos de un rectificador de onda comp comple leta ta cond conduc ucen en,, carg cargan ando do al cond conden ensa sado dorr ha hast staa el volt voltaj ajee pico pico del del rectificador, Vm . El tiem tiemp po T 2 es el intervalo de tiempo durante el cual el voltaje del rectificador cae por abajo del voltaje pico y el condensador se descarga a través de la carga. Debido a que el ciclo carga-descarga sucede cada medio ciclo para un rectificador de onda completa, el periodo de la forma de onda rectificada es T/2, la mitad de la frecuencia de la señal de entrada. La forma de onda del voltaje de salida filtrado de la figura 14, muestra que la forma de onda de salida tiene un nivel de dc V dc dc y un voltaje de rizo V r r (rms) conforme el condensador se carga y descarga.

Figura 13.- Voltaje de salida aproximado en un circuito de condensador de filtro


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Figura 14.- Condensador de filtro: a) circuito de condensador b) forma de salida de voltaje. voltaje.

A continuación se consideran algunos detalles de estas formas de onda y los elementos del circuito Voltaje de Rizo: Los calculos del voltaje de rizo , vr (rms) el voltaje de rizo puede calcularse a partir de

En donde: La I dc dc está en miliamperes, C está en microfarads y RL está en kilohms. Voltaje De DC, Vdc

Rizo del condensador de filtro:

Donde: I dc dc está en miliamperes, C en microfarads, V dc dc en volts y RL en kilohms.


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El Regulador

Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos, los reguladores integrados de tres terminales son los mas sencillos y baratos que hay, en la mayoría de los casos son la mejor opción, este es el esquema de una fuente de alim alimen enta taci ción ón regu regula lada da con con uno uno de esto estoss regu regula lado dore ress está estánd ndare aress para para la alimentación de un determinado circuito.

Figura Figura 15.15.- Conexio Conexion n básica básica de un regulador regulador

Las ideas básicas de funcionamiento de un regulador de este tipo son:  



La tensión entre los terminales Vout y GND es de un valor fijo, no variable, que dependerá del modelo de regulador que se utilice. La corriente que entra o sale por el terminal GND es prácticamente nula y no se tiene en cuenta para analizar el circuito de forma aproximada. funciona simplemente como referencia para el regulador. La tensión de entrada Vin deberá ser siempre unos 2 o 3 V superior a la de Vout para asegurarnos el correcto funcionamiento.

Así para la clasificación de reguladores de voltaje, primordialmente se clasifican dependiendo del signo a usar negativo o positivos, entre los mas sobresalientes se encuentran los siguientes: 

Reguladores de la serie 78XX : Su característica principal es que la tensión entre los terminales Vout y GND es de XX voltios y una corriente máxima de 1.5A. Por ejemplo: el 7805 es de 5V, el 7812 es de 12V. Se suelen usar como reguladores fijos.



Reguladores de la serie 79XX: La tensión entre Vout y GND es de – XX voltios,


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por eso eso se dice que que este este es un regula regulador dor de tensi tensión ón negat negativa iva.. llamarlos es la misma pero para tensiones negativas.

La forma forma de

Figura 16- Terminales de la serie LM78XX

Regulador ajustable LM317:

Este regulador de tensión proporciona una tensión de salida variable sin más que añadir una resistencia y un potenciómetro, se puede usar el mismo esquema para un regu regula lado dorr de la seri seriee 78X 78XX X pero pero el LM317 LM317 tien tienee mejo mejore ress cara caract cter erís ísti tica cass eléctricas, el aspecto es el mismo que los anteriores, pero este soporta 1,5A. el esquema a seguir es el siguiente:

Figura 17.- Conexión básica del LM317

Asi el voltaje de salida de circuito estara dado por la siguiente formula la cual tendra un voltaje de referencia Vref=1.25V, este valor viene por el fabricante y segun el valor que se ponga en el potenciometro (R2) y la R1 se determinara el voltaje de salida


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Figura 18.- Formula para determinar el voltaje de salida en LM317 y LM337

Disipación de potencia en los reguladores: Cuando un regulador esta funcionando se calienta, esto es debido a que parte de la potencia tomada del rectificador es disipada en el regulador, la potencia disipada depende de la corriente que se esté entregando a la carga y de la caída de tensión que haya en el regulador.

Figura 19.- Disipación del regulador

La corriente que lo atraviesa es la corriente de la carga IL. La caída de tensión en el regulador Vr será:

Y la potencia disipada vendrá dada por la la siguiente ecuación:


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                         

1.- Transformador de 24V/1A. 2.- Capacitores Electroliticos de 2200uF./ 35v. 1.- Capacitor electrolicico de 4700uF./35v 1.- Metro de cable calibre 16. 1.- Cable calibre 24. 1.- Clavija. 1.- Caja metallica. 1.- Taladro de pedestal. 1.- Broca 5/16". 1.- Metro y medio de soldadura. 1.- Pasta para soldar. 1.- Cautin para soldar 5.- Conectores Jack Banana. 1.- Baquelita perforada. 1.- Potenciometro de 5K. 1.- Resistencia de 390 y 560.. 4.- Capacitores de 0.1uf 2.- Capacitores Electróliticos 1uf/60v. 1.- Punte rectificador de 2A. 1.- Regulador LM317. 1.- Regulador LM7805. 1.- Regulador LM7812. 1.- Regulador LM7912. 1.- Portafusible. 1.- Fusible 1A Europeo. 1.- Switch con luz

El diseño de esta practica se desarrollo primeramente por varias partes en primer lugar : 1.- Se define define los rangos rangos de trabajo, trabajo, protecc protecciones, iones, caracte caracteristi risticas cas y voltajes voltajes con con lo que trabajara la fuente de voltaje, dependiendo del material con que se cuenta en mano para evitar gastos de más.


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2.-

Se realiza el diseño de la fuente de voltaje por medio de la simulación de herramienta herramienta PROTEUS, PROTEUS, en conjunto conjunto con los diagramas diagramas dados dados por el el profesor, profesor, y la teoría de diseño de fuentes de voltajes y conceptos electronicos, asi deteminando el voltaje de rizo y su porcentaje.

3.- Una vez funcio funcionando nando la la simulació simulación n en PROTEUS PROTEUS,, se comprará comprarán n los materiales faltantes para el diseño de la fuente de voltaje. 4.- Con el materia materiall se fabricará fabricará la fuente fuente en el PROTO PROTOBOARD BOARD,, para verificar verificar el funcionamiento, tanto de los componentes como de la fuente. 5.- Verificado Verificado el el funcionam funcionamiento iento de de la fuente fuente y de los compone componentes ntes,, se procederá a soldar, los componentes en una baquelita, de forma adecuada para la realización de la misma. 6.- Soldados Soldados los los component componentes es y no existien existiendo do algun tipo tipo de error error electrico electrico al soldar que pueda ocasionar algun corto o mal funcionamiento, se procederá procederá a medir medir los voltaje voltajess de salida salida tanto los voltaje voltajess duales duales (+/(+/- 12v) 12v) como como el fijo(5 fijo(5v) v) y variab variable le (1. (1.25 25 a 16v). 16v). 7.- Verificando que el diseño en baquelita quedo funcinando adecuadamente, se procederá a barrenar la caja metallica, de acuerdo con el diseño que se elija. 8.- Teniendo Teniendo el diseño diseño de la la caja metallica, metallica, se proced procedee a acomodar acomodar la baquelita baquelita dentro dentro de la caja, caja, y a realizar realizar las difere diferentes ntes conexi conexiones ones,, para que quede quede interconectada de manera adecuada y funcionando. 9.- Funcionan Funcionando do se proced procedee a ponerle ponerle carga carga a la fuente, fuente, para para determin determinar ar el optimo funcionamiento de la misma-

En primer lugar se siguierón los pasos mostrados anteriormente en el desarrollo como se muestra se inicio definiendo los diferentes rangos con los que trabajaría la fuente de voltaje, en nuestro diseño se propuso obtener un voltaje dual de +/- 12v, un voltaje fijo de 5v, y un voltaje variable de 1.25v hasta 16v, por las caracteristicas del transformador, posteriormente se definio la proteccion que llevaria para lo cual se util utilizo izo un fusi fusibl blee de 1A con con su resp respec ecti tivo vo port portafu afusi sibl ble, e, para para evit evitar ar que que los los componentes de la fuente de voltaje se dañen ante un cortocircuito y pueda soportar


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la corriente resultante para poder aislar la fuente, y tenga mayor duracion, aparte se defini definiero eron n otras otras caract caracteri eristi sticas cas extras extras como como el inter interrup ruptor tor que se utiliz utilizarí aría, a, en nuestro caso se elegío uno que tuviera una lampara indicadora la cual funcionaria al prender la fuente de voltaje, asi se definio el calibre de cable que llevaria la clavija, eligiendose un calibre 24, para soportar la corriente alterna y no estar tan grueso para nuestro diseño, y por ultimo se selecciono el tipo de chasis que llevaría, donde se escogío una caja metalica para una mayor presentación, cuya dimensión es de 12X18 cm. como la mostrada en la figura 33. ya definido lo anterior se verifico que componentes ya se tenian a la mano, para tener gastos menores en el diseño, en los cuales ya se tenia la mayoria de componentes, menos los conectores jack hembra, el regulador LM317, la baquelita, la caja metallica, soldadura,pasta,cable de calibre 16 y la clavija. Posteriormente se procede a llevar a cabo el diseño de la fuente, en donde nos basam basamos os en los los diagr diagrama amass dado dadoss por por el profe profesor sor para para empe empeza zarr a cone conect ctar ar los los componentes componentes con con el software software de de simulación simulación PROTEU PROTEUS, S, asi se observó observó que en ellos ellos se encontraba separado cada regulador, por lo que se procedío a buscar información en libr libros os de la bibl biblio iote teca ca para para ver ver la cone conexi xion on exac exacta ta para para conec conecta tarr todo todoss los los regu regula lado dore ress a la par, par, apart apartee se apro aprove vech char arón ón para para conoc conocer er los los param paramet etro ross que que manejan estos y de forma general hablaran de fuentes de voltaje. Ya encontrandos los libros ( Teoría de Circuitos, Robert L. Boylestad y Principios de Elec Electr tróni ónica ca,, Paul. Paul. L Malv Malvin ino) o) se proc proced edio io a unir unir las las etapa etapass de regu regula laci ción ón en PROTEUS y verificar cada etapa que se realizaba en la simulación, en primer lugar se puso el transformador y se comprobo los voltajes que entregaría el mismo:

Figura 20.- Voltajes en el Transformador.

Despues se conecto el puente rectificador lograndose tener la rectificacion de onda completa completa como se muestra muestra en la siguiente figura figura 21, y teniendo un voltaje voltaje de 12V por cada derivación del rectificador con respecto a tierra, a la vez se paso a sacar el factor de rizo de la señal rectificada, el cual es la combinación de una componente de


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DC y la otras de AC en la señal de voltaje, por lo tanto para una onda completa como la que se manejo con el puente rectificador, se tuvo una componente de DC

Figura 21.- Rectificación con el puente de diodos.

como sigue, tomando en cuenta que Vm es el voltaje entre ambas terminales de salida del rectificador, que en nuestro caso seria la suma de 12v más 12v osea 24v por lo tanto tuvimos que V DC



0.636Vm  0.636*(24 6*(24)  15 15.26 v

Mientras que en la componente de AC se determino que: V AC



0.308Vm



0.308(24 (24v)  7.39 .39v

porcentaje de rizo de la señal rectificada de onda completa fue: Por lo tanto el porcentaje

r 

0.308V m 0.636Vm

*100% 

7.39v 15.26v

*100%  48%

Ensegu Enseguida ida se agrego agrego una una resist resistenc encia ia de 560Ω en paralelo con las salidas del rectificador para calcular el voltaje de rizo Vr, y se midio 42.857mA en la carga para poder realizar el calculo calculo en conjunto conjunto con un capacitor de 4700uf en paralelo y se obtuvo por lo tanto que:


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Vr ( rms rms )



2.4 I dc C



2.4V dc R LC



2.4(42.85) 4700



0.0218v.

capacitor de filtro se calculo de la siguiente forma: asi el rizo del capacitor

r 

2.4 I dc CV dc

*100% 

2.4(42.85) (4700)(23.54)

*100%  0.09%

Asi se agregarón unos capacitores al voltaje rectificado para lograr filtrar el rizo y el ruido ruido de la fuente fuente,, como se se observa observa en la figur figuraa 22, en donde donde calcul calculand ando o para para cada cada term termin inal al del del rect rectif ific icad ador or a tierr tierraa se tie tiene ne 16v 16v como como se mues muestr traa ensegu enseguida ida y en en el diagra diagrama: ma: V=

(Voltaje (Voltaje del transformado transformador)*1.41 r)*1.414 4 2



(24v)*1.414 (24v)*1.414 2



16.868v

Figura 22.- Filtrado de la fuente de voltaje

De esta esta etapa tapa se emp empezaro zaron n a poner ner todo todoss los los regu regullado adores res de volt voltaj ajee comenzando por el LM7805, al cual se le agregarón dos capacitores más, uno de 1uf 1uf a la entr entrad adaa del del regu regula lado dorr y otro otro a la sali salida da de 0.1u 0.1uf, f, para para una una ma mayo yorr filtración y estabilidad (en la entrada) y una mejor respuesta en la frecuencia (en la salida), y un diodo entre la salida y la entrada para evitar cortos (figura 23). Este mismo proceso se realizo para los reguladores duales tanto para el LM7812 (+12v) y el LM7912(-12v), siendo este ultimo de valor negativo en el cual los capacitores de entrada y salida , como el diodo se pondran en sentido inverso al dise diseño ño del del LM78 LM7805 05 o LM78 LM7812 12,, mi mien entr tras as que que para para el LM31 LM3177 (Var (Varia iabl ble) e) se desarrollo otra configuración distinta.


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Figura 23.- Fuente de voltaje con regulador LM7805

Dicha configuración para el LM317 se desarrollo de la siguiente forma, en donde se calculo el voltaje de salida dependiendo de la siguiente formula V o



RP R

*(1.25v)

Donde R= Resistor P= Potenciometro, Potenciometro, por lo tanto se contaba con un potenciometro de 5k Ω, y como se sabia que el maximo valor que entregaria la fuente seria de 16v (como se muestra en la figura 22), se ajusto una resistencia que nos diera ese valor en donde se encontro que una de 390Ω cumplia con este requisito, aparte que es un valor comercial como se muestra: Vo



RP R

* (1 (1.25v) 

390  5000 390

* (1.25v)  17.27V

En dond dondee el volt voltaj ajee en la simu simula laci ción ón no fue fue exac exacto to a 17v, 17v, por por que que en las las terminales se estaba entregando 16v simulados, por lo tanto seria el máximo voltaje de salida que entregaría el regulador, como se muestra en la figura 24, asi en esa figura se muestra la conexión de la resistencia y el potenciometro en conjun conjunto to con el regula regulador dor,, y para para lograr lograr una mayor mayor filtra filtració ción, n, estabi estabilid lidad ad y mejor respuesta en frecuenciaen, tambien se agregaron los 2 capacitores tanto en entrada como salida,, asi tambien se coloco el diodo entre la salida y la entrada para mayor proteccion de la fuente de voltaje.


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Reporte de Practica


Figura 24.- Regulador LM317 conexion de componentes externos

Despues se le agregarón los 2 circuitos reguladores faltantes el LM7812 y LM7912, cuya conexion era similar a la del LM7805 como se menciono, asi quedando el diagrama general de la fuente diseñada en proteus, como se muestra en el Anexo A, Una vez comprobado el funcionamiento de la fuente se procedio, al armado en el PROTO PROTOBOA BOARD RD,, para para verifi verificar car el funcio funcionam namien iento to el cual cual era adecua adecuado, do, tant tanto o de ma mate teri rial al como como en gene genera ral, l, ya comp compro roba bado do se empe empezo zo a sold soldar ar los los componentes de la fuente en una baquelita que ya estaba perforada, la cual tambien se realizo por etapas en primer lugar se soldo por medio del cautín la etapa del voltaje de la red y la rectificación, ya verificado, se procede a soldar la etapa de filtrado, y posteriormente la etapa de regulación. Una Una vez vez sold soldada adass toda todass las las etap etapas as y sin sin ning ningun un tipo tipo de erro errorr elec electr tric ico o que que pudiera ocasionar un corto, se comprueba el funcionamiento de la fuente en donde donde se midieró midierón n los voltaje voltajess de salida salida de cada regulad regulador or y se obtuvie obtuvierón rón las siguiente imagenes:

Figura 25.- Fuente soldada en baquelita


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Reporte de Practica


Figura 26.- Verificación de voltajes en baquelita.

Ya verificado el diseño en baquelita y el funcionamiento correcto de la fuente, se empezó a barrenar la caja metalica con una broca de 5/16, en donde se eligío barrenar 3 orificios en la parte de arriba los cuales serian para el voltaje de +12v, 5v y el voltaje voltaje variabl variable, e, abajo de ellos ellos se barrenarón barrenarón 2 uno uno de de -12v -12v y tierra. tierra. Comprobando que los conectores jack hembra quedaban bien en la caja metalica se avanzo avanzo a barren barrenar ar donde donde estaria estaria el interru interrupto ptor, r, como el portaf portafusi usible ble,, de la misma forma y verificando la conexion de ambos componentes en la caja, se continuo el ensamble entre la baquelita y los componentes anteriores en la caja, y se adec adecuó uó el cabl cablee y la clav clavij ijaa para para la red, red, ya ensa ensamb mbla lado do las las cone conexi xion ones es y deta detall llit itos os de la fuen fuente te se proc proced edio io a volv volver er a comp compro roba barr los los volt voltaj ajes es que que suministraba la fuente a su salida, para evitar que halla caidas de voltaje y falsos contactos entre las conexiones.


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Reporte de Practica


Figu Figura ra 27.27.- Cone Conexi xion ones es con con la caja caja meta metali lica ca

Figu Figura ra 28.28.- Volt Voltaj ajee de 5v. 5v.

Figura 29.- Voltaje menor del regulador

Figura 30.- Voltaje mayor del regulador

variable.

variable.

Figura 31.- Voltaje de 12v.

Figura 32.- Voltaje de -12v.

Posteriormente se procedio a cerrar la caja metallica de la fuente de voltaje, para pode poderr ya util utiliz izar arla la en nues nuestr tras as pract practic icas as de elec electr tron onic icas as y ya no depe depend nder er demasiado del laboratorio.


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Reporte de Practica


Figura 33.- Fuente de voltaje terminada.

A lo que que conc concie iern rnee al desa desarr rrol ollo lo de este este prac practi tica ca se pudo pudo obte obtene nerr como como conclu conclusió sión n y como como compro comprobaci bación ón que que las fuente fuentess de ali alimen mentac tación ión funcio funciono no perfectamente, con los voltajes definidos en el objetivo de esta practica, y se reafirmo que es un dispositivo sumamente importante ya que nos brinda voltaje para la aplicación en un determinado circuito, el cual nos brinda un voltaje de estabilida estabilidad d constante, constante, ya sea sea de forma forma fija o variable, variable, asi la variable variable depen dependera dera de la posi posici ción ón del del pote potenc nció ióme metr tro, o, y la resi resist sten enci ciaa de retr retroa oali lime meta taci ción ón a la terminal de ajuste del mismo regulador. Así Así se apre aprend ndió ió que que para para ha hace cerr una una fuen fuente te de buen buenaa cali calida dad d se tien tienee que que considerar diferentes cosas, primero que nada se debe tomar en cuenta el voltaje que se desea obtener de ella, el tipo de carga al que se va a conectar, los valores de estabilidad para ajustar el rizo y los filtros ha utilizar para reducir el ruido, como definir cuantas y de que tipo seran las salidas, como la corriente maxima que podra soportar la fuente, otro parametro que se debe tomar en cuenta son las protecciones que llevara, por tal motivo tomando estas consideraciones se debe dar la tarea de investigar los componentes que se van a utilizar que estén dentro de los rangos todos los elementos y que cumplan con cierto margen de seguridad para garantizar un buen funcionamiento en los limites requeridos. Otra conclución, fue que la señal de onda completa tiene menor rizo comparada con los de media onda y al aplicar capacitores en la señal de onda completa entre mayor capacitancia, se lograra aun más un menor rizo y un voltaje promedio mayor, mayor, proporcio proporcionando nando un mayor mayor filtrado filtrado en la señal, señal, pero si este fuera bastante grande de lo normal, este influirá con un pico en la corriente podiendo afecta al rect rectif ific icad ador or y lleg llegar ar a quem quemar arlo lo.. Adem Ademas as se apre aprend ndio io que que los los regu regula lado dore ress


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Reporte de Practica


variables como el LM317 no comienzan en 0v, si no hasta 1.25v que es el menor valor al cual se puede regular hasta un valor maximo de 33v, si se contara con este valor de voltaje en la fuente, mientras que los otros reguladores fijos deben de estar estar minimo minimo 3v arriba arriba del del voltaje voltaje al cual se se quiere quiere regular regular para para que no haya variantes en el voltaje de salida. En general, se comprendio bien lo que es una fuente de voltaje y sus diferentes etapas, como es la protección, transformacion, rectificacion, filtrado, regulación y de nuevo otro filtrado para suministrar una señal continua pura en perfectas condiciones, siendo la fuente muy economica y util para un electrónico.

Principios de electrónica, Sexta edición, 2000,McgrawHill A. Paul. Malvino Capitulo 24 Electrónica teoria de circuitos, Sexta edición, 2004, Prentice Hall Robert L. Boylestad y Louis Nashelsky. Capitulo 18 Diseño Electrónico de circuitos y sistemas Segunda edición, Addison wesley Iberoamericana Savant, Roden y Carpenter Capitulo 6 http://www.unicrom.com/cir_fuenteconlm317T.asp http://es.scribd.com/doc/4715098/Fuente-de-voltaje-5v-12v-12v http://www.wanadoo.com/conttuto.asp?Id8/fu http://www.wanadoo.com /conttuto.asp?Id8/fuente-alime71 ente-alime71 http://www.wikipedia.com/fuentes?vo http://www.wikipe dia.com/fuentes?voltajeso.Icvurce/diseño ltajeso.Icvurce/diseño.html .html http://www.allcircuits.com/tectronic/cvelodesigned.html

}


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Reporte de Practica


ANEXO A


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Reporte de Practica


ANEXO B


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Practica III - Fuente de Voltaje Basica

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