ACTIVIDAD CENTRAL
Unidad 1. Fundamentación de Circuitos Eléctricos y
Electrónicos
ACTIVIDAD 1 DISEÑO Y ELABORACION DE CIRCUITOS IMPRESOS
ALUMNO EDWIN GARCIA MERCHAN
PROFESOR:
ARIEL ALEXANDER ALBAR ALBARRACIN RACIN PUERTO
DISEÑO Y ELABORACION DE CIRCUITOS IMPRESOS (1675028)
BOGOTA ULIO ! DE 2018
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Nombre de la actividad: Diseño de circuito de fuente de alimentación en taller de
prototipado.
Figura1. Escenario de actividad lugar de diseño, montaje y pruebas básicas
Objetivo
a. Identificar el funcionamiento y algunas caractersticas de los componentes pasivos, activos en circuitos el!ctricos. b. Identificar y anali"ar la manera de reali"ar montajes de circuitos en algunos 2
simuladores de descarga gratuita o libre a nivel de demo. c. #eali"ar aplicaciones con componentes electrónicos en circuitos básicos.
Situación
En un taller de diseño de prototipado de productos electrónicos, se encuentra el área de diseño de circuitos para clientes preferenciales. $n cliente %ue se encuentra desarrollando un e%uipo para el desempeño en biom!dica &a venido a solicitar el diseño de una fuente de alimentación para su e%uipo. Esta fuente debe tener un voltaje de entrada de 11'()*, y la salida de voltaje a ', 1+(**, además de manejar una corriente de un 1- amperio. El coordinador del taller le pide a usted %ue le &aga el diseño del circuito, con simulación de funcionamiento de la fuente.
Descripción del Proceso
a. En el taller de diseño de prototipado eisten áreas %ue tienen %ue ver con las siguientes actividades/ diseño, desarrollo, ensamble, pruebas y puesta a punto. b. 0os clientes %ue llegan pueden tener una gran gama de posibilidades y de subproductos especficos dentro del desarrollo de un producto. c. ara el caso de esta actividad se trata del diseño del circuito funcional de una fuente de alimentación %ue entregue ' y 1+(**, la corriente de un 1amperio, la entrada de voltaje es 11'()*. d. 2o se re%uiere reali"ar montajes, ni diseños en editores de *3, pues son pasos posteriores a este. e. 0a entrega a su jefe es el circuito propuesto en un arc&ivo digital, con la funcionalidad de la fuente, con pruebas en un simulador demo gratuito en una &erramienta %ue se bajara de internet para lo cual se darán los detalles en el documento gua de desarrollo.
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Temas asociados
*omponentes electrónicos pasivos *omponentes electrónicos activos
Entregas
$sted debe entregar el documento gua página 4- con el circuito de la solución. $na ve" finali"ado, comprima el arc&ivo en formato "ip o rar, dando clic derecho al archivo, Enviar a, Carpeta comprimida . 0uego envelo a su facilitador a trav!s del medio utili"ado para tal fin en el curso.
DOCUMENTO GUÍA
Diseño del *ircuito de fuente de alimentación de ' y 1+(** para un e%uipo de aplicación a medicina. El diseño lo reali"aremos por fases, cada una aportara elementos y componentes parciales para el diseño definitivo. a.
Fase 1/ Diseño del diagrama de blo%ues de una fuente de alimentación regulada tenga en cuenta las etapas y sus caractersticas, los componentes activos y pasivos-
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#eali"ar es%uema fase 1
5 3 12VCC
11'()* T#$%&'#$*#
R+,-.,$*#
/# R+4$*#
" 12VCC
Descripción/ 5e deben distinguir claramente las etapas de una fuente regulada tiendo en cuenta las caractersticas de entrada de la corriente alterna y la salidas en corriente continua y plásmelas en el gráfico. b.
Fase +/ En esta fase se verificarán los componentes de las etapas de la fuente
E6)) Atenuación de voltaje
#ectificación
F$E26E DE )0I7E26)*I82 *9792E26E5 *)#)*6E#I56I*)5 6ransformador transformador #eductor. #elación transformación 1:/1 uente rectificador diodos o 4 diodos 5
de
uente rectificador de de diodos de un amperio o superior
Filtrado
*ondensadores
#egulación
#eguladores de voltaje
*ondensador preferiblemente de tipo electroltico. El valor del condensador depende de las caractersticas del circuito. #egulación del voltaje con reguladores tales como 07;<:',07;<1+, 07==;
Descripción Despu!s de identificar las etapas de la fuente de alimentación procedemos a reali"ar la documentación y análisis de los componentes electrónicos de cada una de las etapas, describiendo las caractersticas más relevantes. 5e debe buscar los componentes, verificarlos, listarlos y anotar sus caractersticas. tenuación: ara la etapa de atenuación de voltaje es necesario contar con un transformador atenuador de voltaje. Esto significa %ue el transformador debe tener una relación de transformación de 1:/1. or lo cual, si a la entrada se le aplica un voltaje de 11'()*, a la salida debe arrojarnos un voltaje de 1'()*. >ay %ue tener en cuenta %ue cuando se denota ()* se está refiriendo al valor del voltaje medio cuadrático, o voltaje efica". ara la elaboración de la fuente de voltaje, es imperativo conocer el valor del voltaje pico más %ue el voltaje efica", el valor del voltaje pico conociendo el valor del voltaje efica" se puede calcular de la siguiente manera/
(p?(rms@A+ or lo cual, a la salida del transformador, se tendra un voltaje pico de (p?1'@+-B1C+?+1.+1 (.
!ecti"icación/ 0a etapa de rectificación se debe de llevar a cabo utili"ando 4
diodos o un puente de diodos, ya %ue se va a utili"ar un transformador sin tab 6
central. 0a el voltaje a la salida de la etapa de rectificación tendrá la siguiente forma/ ) la salida se va a tener una señal pulsante. 0os diodos cuando se polari"an en forma directa consumen un cierto voltaje, por lo cual la señal a la salida de esta etapa no va a poseer el mismo voltaje pico de la etapa de atenuación. El voltaje necesario para el funcionamiento de un diodo depende del material del cual est! &ec&o el diodo, es :.;( para el 5ilicio y :.=( para el ermanio. 0os diodos más utili"ados en la industria son los de silicio debido a su fácil fabricación en masa y a sus caractersticas de potencia. *omo en cada etapa vamos a estar usando dos diodos, es necesario recalcular el voltaje pico a la salida de esta etapa. Esto se &ace de la siguiente manera (pr?(p+@(d. ara nuestro caso, se van a utili"ar diodos de 5ilicio, por lo %ue el valor del voltaje pico es (pr?+1.+1+@:.;-?1.<1(
#iltrado: ara la etapa de filtrado es necesario poseer un condensador. Este
condensador suele estar en un valor entre ++::uF o ==::uF. 5i cuando es colocada la carga se presenta un ri"ado a la salida de esta etapa, es necesario poner otro condensador en paralelo, el valor de este condensador se calcula de la siguiente manera/ *? *ondensador en faradios Ic? *orriente de consumo del circuito en )mperios F? Frecuencia en >ert" ': o G: >" dependiendo del pas(r? (oltaje ripple o ri"ado.
!egulación: 5egHn las especificaciones del proyecto, es necesario %ue por una
parte salgan '(D*, por otra 1+(D* y por ultimo 1+(D*. ara esto es necesario contar con unos circuitos integrados llamados reguladores de voltaje. Estos circuitos integrados nos arrojan un valor constante a la salida siempre y cuando se les apli%ue un voltaje superior a la entrada. ara cada regulador es diferente el valor de este voltaje. ara nuestro proyecto es necesario utili"ar el circuito integrado 07;<:' para la regulación de '(, el 07;<1+ para la regulación de 1+(, y el 07==; para la regulación de 1+(. para los circuitos 07;<:' y 07==; se tiene una corriente máima de 1.'), y para el 07;<1+ de 1), lo cual es suficiente para la aplicación. El 07==; es un regulador de voltaje negativo, eso %uiere decir %ue a la salida se obtiene un voltaje negativo con respecto a tierra. Este circuito integrado debe ir configurado de la siguiente manera/ 7
Donde #+ es la resistencia la cual se vara de acuerdo al voltaje deseado. El calculo de esta resistencia se &ace de la siguiente manera/ #+ ? #1C1,+'- (out 1,+'Donde (out es el voltaje de salida deseado. ara nuestro caso, si fijamos #1?+4:, #+ seria/ #+?+4:C1.+'-1+1.+'-, #+?1+-1:.;'-?+:G4
c.
Fase =/ Elaboración del circuito en el simulador. 5e debe bajar la &erramienta de softJare simulador proteus- para esta actividad. Está se &a elegido por ser un softJare muy conocido en el ámbito electrónico, además de %ue la empresa productora deja bajar una versión demo free para reali"ar pruebas con circuitos básicos y otras funcionalidades electrónicas %ue para este caso nos eran necesarias. ara bajar el softJare tenga en cuenta lo siguiente/ 1. (aya al siguiente enlace Jeb http://www.labcenter.com/download/prodemo_download.cfm#professional
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+. =. 4. '.
En la opción #9DE79.EKE y luego descarga el softJare. Instalar el softJare *rear un nuevo proyecto 5elecciona los componentes de la fuente segHn las etapas e intercon!ctalos G. or Hltimo reali"a la simulación del circuito ;. 6oma un print screen del circuito y cópialo en el cuadro de abajo. rint 5creen circuito fuente diseñado y probado en proteus
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ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS
Unidad 1. Fundamentos de Circuitos Eléctricos y Electrónicos $na ve" finali"adas las dos actividades complementarias de esta unidad, comprima el arc&ivo en formato "ip o rar, dando clic derecho al archivo, Enviar a, Carpeta comprimida. 0uego envelas a su facilitador a trav!s del medio utili"ado para tal fin en el curso. ctividad complementaria $
0lenar las casillas en desocupadas con los valores y colores adecuados segHn la información de la fila en la siguiente tabla. 6enga en cuenta los simuladores %ue se encuentran en los contenidos de la unidad 1, all encontrará la manera de reali"ar la verificación del valor de la resistencia mediante el código de colores.
Tabla de valores % colores de resistencia &alor de resistencia Color resistencia Color &alor tolerancia en ohmios Tolerancia '( ;:: (ioletablancorojo rojo ),*( ++:: #ojorojorojo verde *( 1+: *af!rojonegro 9ro 12
++: ==:: 1+::
#ojorojocaf! lata 2aranjanaranjarojo 5in color *af! rojo rojo rojo
$)( ')( '(
'G:: 1:::: 4:: ==:::
(erde a"ul rojo *af! negro naranja )marillo blanco rojo 2aranja naranja naranja
*( $( ),*( $)(
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9ro 7arrón verde lata
ctividad complementaria '
0lenar las siguientes tablas correspondientes al funcionamiento de cada uno de los siguientes circuitos con amplificadores operacionales. 6enga en cuenta los simuladores %ue se encuentran en los contenidos de la unidad 1, all encontrará la manera de reali"ar la verificación de los valores. +odos de con"iguración de ampli"icadores
7odo 2o inversor (erifica los valores de entrada de 1+(, #1?1:::, #+?1:: cuál sera el voltaje de salida y gananciaL #6) / En la gráfica &ay un error ya %ue si la fórmula es #+C#1 #+ debe ser la resistencia de realimentación entonces si podemos aplicar la formula (o? (i @ 1#+C#1- (o? 1+(@11:::C1::- (o? 1+( @ 11 (o? 1=+( anancia? (oC(i ? 11
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7odo inversor (erifica los valores de entrada de 1+(, #1?1::::, #f?+::: cuál sera el voltaje de salida y la gananciaL #ta/ (o? 1+( @ +:::C1::::(o? 1+@ :,+ (o? +,4( 7odo Diferencial
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(erifica los valores de entrada (1 ?1+(, (+?'(, #1?':::, #f?+':: cuál sera el voltaje de salida y la gananciaL #ta/ (o? 1+( M '(- @ +'::C'::: (o? ;( @ :,' (o? =,'( anancia ?:,'
7odo *omparad or
(erifica los valores de entrada (1 ?1+(, (+?'(, cuál sera el voltaje de salidaL #ta/ 5egHn el teto en esta configuración el voltaje de salida es el (oltaje positivo de la fuente ya %ue la señal ingresada por la entrada no inversora es mayor %ue la señal ingresada por la entrada inversora. (erifica los valores de entrada (1 ?'(, (+?1+(, cuál sera el voltaje de salidaL #ta/ 5egHn el teto en esta configuración el voltaje de salida es el (oltaje negativo de la fuente ya %ue la señal ingresada por la entrada no inversora es menor %ue la señal ingresada por la entrada inversora.
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ctividad complementaria
#ealice una lista de aplicaciones donde est!n implcitos los siguientes componentes plicaciones de Componentes Componentes Condensador
plicaciones #uente de poder lineal % "uentes de poder conmutadas#iltros en los parlantes para mejorar el sonido- .ancos de condensadores para el arran/ue de motores- #iltros pasivos-
0nductancias
0nductancias para el acondicionamiento de la tensión de salida de convertidores- .obinas reductoras % elevadoras#l%bac1 de los T&
Diodos
!ecti"icar se2ales- Diodos como reguladores de tensión Diodos para generadores de microondas
Transistores
Sistemas de Conmutación- mpli"icador de se2ales- Circuitos de control ON 3 O##
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