Guia Intengrada Electronica Analoga 243006

8/10/2019 Guia Intengrada Electronica Analoga 243006

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Docente Diseador: Jairo Luis Gutirrez Torres

http://www.unad.edu.co/

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAUNAD

Escuela de Ciencias Bsicas Tecnologa e Ingeniera

Electrnica Anloga243006

GUIA INTEGRADA DE ACTIVIDADES

Cur so Electr nica Anloga - 243006

Temtic as rev isad as : Diodos, Transistores y Amplificadores Operacionales,estas son las temticas principales del curso las cuales encontrara desglosadas a

profundidad en el syllabus y tambin dentro del entorno de conocimiento del curso.

Estrategia de aprendizaje: Aprendizaje basado en proyecto (PBL). 1Elaprendizaje por proyectos tiene muchas ventajas: se centra en los conceptos y

principios de una disciplina, implica a los estudiantes en investigaciones desolucin de problemas y otras tareas significativas, les permite trabajar de maneraautnoma para construir su propio conocimiento y culmina en productos objetivosy realistas

Snt esis de la act ivid ad:Las actividades se desarrollarn aplicando la estrategiade aprendizaje basada en proyectos estas se han dividido en 3 fases por cadafase se espera que se entregue un informe del avance en la solucin al problemadetonador del proyecto, para que finalmente se consolide el producto final que esla simulacin del sistema electrnico anlogo solicitado.

Act iv idades Inicia les:

Primero que todo se debe realizar el reconocimiento de todos los entornosdel curso.

Luego de la exploracin en cada entorno se debe leer disciplinadamente elSyllabus del curso e identificar donde encontrara los contenidos delaprendizaje que se estudiaran durante el periodo acadmico. (Entorn o deconocimiento) .

Realizar la evaluacin inicial referente a los conocimientos previos

(Entorn o de evaluacin y s eguimiento).

Es necesario descargar e instalar el programa Pspice Student 9.1,puesto

que es el software recomendado para realizar los montajes y simulacin delos circuitos que se desarrollaran en el curso. Tambin es muy importantese estudie juiciosamente el videotutorial ymanualde uso de este simuladorcircuitos electrnicos (Entorn o d e aprendizaje pract ico ).

Este curso es metodolgico (terico prctico) por ello se cuenta con unaho ja de ruta con todas las instrucciones para desarrollo del componente

practico del curso, el cual puede realizar de manera autodirigida realizando
http://www.engr.uky.edu/~cathey/pspice/Ps9_1.ziphttp://www.engr.uky.edu/~cathey/pspice/Ps9_1.ziphttp://www.scribd.com/embeds/194115431/contenthttp://www.scribd.com/embeds/194115431/contenthttp://www.scribd.com/embeds/194115431/contenthttp://www.scribd.com/embeds/194115431/contenthttp://www.engr.uky.edu/~cathey/pspice/Ps9_1.zip


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las simulaciones de los circuitos dados o tambin de manera guiadaasistiendo a su cead para solicitar el acompaamiento del tutor encargadode calificar el informe del componente practico que usted realice.

Luego de haber realizado las actividades anteriores ya cuenta con todo lo

necesario para iniciar la interaccin con sus compaeros y tutor en el forode trabajo colaborativo y comenzar a construir los informes solicitados paracada fase del proyecto realizando aportes significativos basados en lainvestigacin y la lectura juiciosa de los contenidos del curso. (Ento rno d eaprendizaje colaborat ivo).

PROYECTO

DISEO Y SIMULACION DE UNA FUENTE DE ALIMENTAC INREGULADA Y PROTEGIDA CONTRA CORTOS CIRCUITOS.

INTRODUCCION

La mayor parte de los circuitos electrnicos prcticos trabajan a partir de un voltajede alimentacin de CC. Este ltimo puede ser suministrado, por ejemplo, por unabatera. Las bateras ofrecen varias ventajas, siendo la ms importante sunaturaleza porttil. Sin embargo, existen situaciones en las cuales el uso debateras puede resultar muy costoso. En estos casos, debe recurrirse al uso defuentes de alimentacin, las cuales operan desde la red pblica de corriente

alterna AC y proporcionan voltajes de corriente continua CC ms econmicos,estables y potentes.

Figura No. 1

Estructura de una fuente de alimentacin

Una fuente de alimentacin, en general, tiene la estructura mostrada en la figura 1:

El voltaje de AC de entrada, proveniente de la red pblica, se aplica a untransformador, el cual se encarga de reducir su valor, por ejemplo, de 120VAC a20VAC para adaptarlo a las necesidades de la carga.

Voltaje ACCircuito

RectificadorFiltro conCapacitor

Reguladorde voltaje

Carga


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El voltaje de AC, obtenido en el devanado secundario o de salida deltransformador, alimenta entonces un circuito rectificador, el cual se encarga deconvertirlo en un voltaje de CC pulsante.

Este ltimo, aunque ya tiene una polaridad +/- definida, presenta notables

variaciones de amplitud, las cuales deben ser filtradas para conseguir un voltajede CC uniforme, Esta funcin la hace un filtro, conformado generalmente por unoo ms condensadores.

El voltaje de salida del filtro no es totalmente estable y no debe aplicarse a lacarga en forma directa sino a travs de un regulador de voltaje. Este ltimo es uncircuito electrnico que se encarga de mantener constante el voltaje sobre lacarga, independientemente de las variaciones en el voltaje de entrada o de lacorriente demandada por la carga. Las fuentes provistas de regulador sedenominan fuentes reguladas.

El elemento final de cualquier fuente de alimentacin es la carga, es decir elcomponente o circuito que recibe la potencia de CC.

EL PROBLEMA

Suponga que trabaja para una compaa que disea, prueba, fabrica ycomercializa varios instrumentos electrnicos, incluyendo fuentes de alimentacin

de CC.

Su primera asignacin es, desarrollar y probar en el simulador Pspice Student 9.1(o cualquier otro simulador que sepa usar) una fuente de alimentacin rectificada

por puente de diodos y regulada por un circuito regulador serie discreto(amplificador operacional y transistor de paso Darlington.)

La Fuente de Alimentacin debe satisfacer las siguientes especificaciones:

Corriente de carga regulada: 1A

Voltaje DC de salida regulado 9V.

Nota: Tenga en cuenta que en PSpice Student 9.1 no se cuenta con eltransformador por esta razn se utilizara el smbolo VSIN, asumiendo que es latensin de corriente alterna que entrega el devanado secundario (Vsec) con valorde 20VAC Pico a una frecuencia de 60Hz. Smbolo que se muestra en la figura 2.


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FASE 1

ETAPA DE RECTIFICACION Y FILTRADO

Asp ectos generales:Participacin individual de cada estudiante para la solucinlas actividades planteadas con la realizacin de aportes significativos y oportunosen el espacio de interaccin correspondiente a la fase 1, finalmente el grupo debeentregar un documento-informe, como consolidado de las tareas propuestas.

Estrategia de aprend izaje:Aprendizaje Basado en Proyecto.

Peso evaluat ivo:100 puntos.

Fecha mxim a de en trega d el info rme:05/SEP/2014.

CIRCUITO RECTIFICADOR

Conociendo que el voltaje del devanado secundario es de 20VAC Pico se inicia eldiseo de la primera etapa que conforma una fuente de alimentacin en este casose solicita sea un circuito rectificador de onda completa tipo puente.

Fig. No. 2

Dada las Formulas Relacionadas al Rectificador de Onda Completa Tipo Puente:

Vrms = VP/ 2 PIV = VP(Sal)+ 0.7V Vrms= VPx 0.707

VProm = 2VP/ VP (Sec)= VP(Sal) + 1.4V


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Definiciones:

Vrms (sec):Valor eficaz del voltaje del secundario.

VProm (sec):Valor promedio del voltaje del secundario.

VP (Sal):Valor pico de salida.

PIV:Voltaje de Pico Inverso.

1.1 Complete luego de los clculos la siguiente tabla:

Vrms(sec) VProm(sec) VP(Sal) PIV

1.2 Cul de los valores anteriormente calculado es que mostrara un voltmetrodigital comn?

1.3 Qu ventaja tiene el usar un rectificador de onda completa tipo puente frentea uno de onda completa con derivacin central?

1.4Es la siguiente afirmacin falsa o verdadera?

La frecuencia de la onda de salida en un rectificador de onda completa tipopuente es la mitad del valor de la entrada

FILTRADO CON CAPACITOR

En esta etapa del diseo se debe encontrar el mnimo valor del condensador quese debe colocar en paralelo con la salida del circuito rectificador para lograr elfiltrado de la corriente pulsante y tambin lograr un mnimo rizado.

Esta variacin se denomina rizado (ripple) y tiene la misma frecuencia del voltaje

rectificado. Su amplitud pico a pico (Vrpp) est dada, en forma aproximada, por la

siguiente frmula:

Vrpp = IL/f C

En prctica, debe buscarse que la amplitud del rizado Vrpp sea lo ms pequea

posible ya que este voltaje alterno puede manifestarse como un ruido por ejemplo

en los amplificadores de audio.


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Ingeniera Electrnica

Para ello, el valor del condensador de filtro (C) debe ser escogido de tal modo queel producto RcC, llamado la constante de tiempo del circuito TC, sea muchomayor que el perodo de la seal de entrada ( T=1/f), por lo menos diez veces.

1.5 Teniendo en cuenta la informacin anterior y recordando que la mxima

corriente que debe manejar nuestra fuente es 1A. Encuentre el valor delcondensador para lograr una tensin de rizado de 0.8 VPP.

C

1.6 El condensador se carga aproximadamente al valor pico de la salida delrectificador tipo puente VP (Sal) teniendo el valor de la corriente 50mA por ley deOhm se conoce valor de Rcy de este modo se logra calcular un valor aproximado

de la constante de tiempo Rc

C complete la siguiente tabla:

T TC

1.7Se cumple la condicin de que TCdebe ser al menos 10 veces mayor a T?

Si No

ESPECIFICACIONES DEL INFORME DE LA FASE 1:

Nombre del Arch ivo a subi r :243006_# de Grupo.pdf y debe entregarse oadjuntarse en el espacio de llamado realimentacin de la fase 1 (entorno deseguim iento y evaluacin)

Documento escr ito : Trabajo de construccin grupal que incluya:

Portada con los nombres de los integrantes del grupo Introduccin Contenido

Conclusiones Referencias usadas. Deben tener formato APA.

Tamao del arc h ivo f inal:El tamao NO debe superar los 2MB.


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FASE 2

ETAPA REGULADORA DE VOLTAJE




Fecha mxim a de en trega d el info rme:10/OCT/2014.

En esta fase se debe disear el circuito que tendr como objetivo mantenerconstante el voltaje sobre la carga, independientemente de las variaciones en elvoltaje de entrada o de la corriente demandada por la carga

Fig. No. 3

El tipo de regulador solicitado en el diseo de la fuente de alimentacin es elregulador de tensin lineal o serie por una etapa de tensin referencia lograda conun regulador Zener, un circuito de muestreo el cual detecta variaciones de tensinen la salida esto se logra con dos resistores en configuracin de divisor de voltaje,el amplificador de error o circuito comparador se usa un amplificador operacional yfinalmente como elemento de control se usa un transistor Darlington.


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REFERENCIA DE TENSIN

En este punto del diseo de la fuente alimentacin regulada se debe elegir un

diodo Zener cuyo valor de Voltaje Zener sea el voltaje de referencia de nuestrocircuito regulador de tensin, en este punto se debe hallar el valor de la resistencialimitadora de corriente que mantendr al Zener en un punto de operacin seguro.

En Pspice se cuenta con el Diodo Zener 1N750:

2.1 Usando la hoja del fabricante del Diodo Zener 1N750 completar siguientetabla:

VZ Izmax PZmx

2.2Luego de conocer los valores de VZe Izmaxpara el diodo 1N750 se debe hallarel valor de RS que es la resistencia limitadora de corriente para mantener al diodoZener en un punto de trabajo seguro.

Dadas las formulas completar la siguiente tabla:

VS= VP (Sal)

Izmn= Izmx

0,15RSmn= (VS- VZ) / Izmx

RSmx= (VS- VZ) / Izmn

RS= (RSmn+ RSmx) / 2IS= (VS- VZ) / RS

IZIS

Def in iciones:

VS: Valor de la fuente de tensin no regulada

VZ: Voltaje Zener (parmetro en hoja del fabricante)

PZmx: Potencia mxima soportada por el Zener (parmetro en hoja del fabricante)

PZ: Potencia disipada por el Zener

IZ: Corriente en el Zener

RS: Valor ptimo para el resistor limitador de corriente

RSmn: Mnimo valor para el resistor limitador de corriente

RSmx: Mximo valor para el resistor limitador de corriente
http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/mcc/1N749.pdfhttp://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/mcc/1N749.pdfhttp://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/mcc/1N749.pdf


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2.3Porque IZes aprox igual a IS?

CIRCUITO DE MUESTREO Y AMPLIFICADOR DE ERROR

El circuito de muestreo esta constituido por dos resistencias R1 y R2 que formanun divisor de tensin, el valor de R2 se toma de manera arbitraria y en este

proyecto ser de 1K.

Se sabe que el valor de tensin de salida del regulador Vsal = 9 V y como secuenta con el valor de R2 se puede entonces proceder a encontrar el valor de R1despejando de la siguiente frmula de divisor de tensin.

Vsal=( )VZ

Tambin es necesario tener en cuenta que la tensin de salida del divisor detensin debe de ser igual a la tensin de referencia entonces Va = VZ = 4.7V

2.4Hallar el valor de R1

R1

2.5Para elegir el amplificador operacional a usar en el diseo se debe tener encuenta la tensin de polarizacin que este puede soportar para ello se debeverificar en la hoja del fabricante si el amplicador operacional uA741puede serimplementado sin ser destruido:

VS Izmin IS RS PZ
http://pdf.datasheetcatalog.net/datasheet/SGSThomsonMicroelectronics/mXyywtw.pdfhttp://pdf.datasheetcatalog.net/datasheet/SGSThomsonMicroelectronics/mXyywtw.pdfhttp://pdf.datasheetcatalog.net/datasheet/SGSThomsonMicroelectronics/mXyywtw.pdf


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VPsal Vcc

2.6 Es seguro usar este amplificador operacional uA741? Responda s o no yjustifique su respuesta.

Si No Porque

2.7 Responda si la siguiente afirmacin es falsa o verdadera :

El amplificador operacional usado en el circuito regulador serie est configuradocomo amplificador no inversor

2.8 Calcule la ALC ganancia de lazo cerrado de amplificador:

A LC

ESPECIFICACIONES DEL INFORME DE LA FASE 2



Portada con los nombres de los integrantes del grupo Introduccin Contenido Conclusiones Referencias usadas. Deben tener formato APA.

Tamao del arc h ivo f ina l:El tamao NO debe superar los 2MB.


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FASE 3

EL ELEMENTO DE CONTROL Y LA PROTECCIN CONTRACORTO CIRCUITO




Fecha mxim a de en trega d el info rme:10/NOV/2014.

EL ELEMENTO DE CONTROL

El amplificador operacional no tiene la propiedad de poder manejar grandecorrientes en su salida es por ello que al disear un circuito regulador de tensinse emplean transistores como elementos para el control de la carga, lostransistores ofrecen la solucin para lograr tener corrientes altas en la carga.

Para el diseo de la fuente de alimentacin se solicita se emplee un transistorDarlington y en las libreras de componentes de PSpice se cuenta con el transistorDarlington cuyo nmero de referencia es 2N6059 es necesario comprobar si estetransistor es adecuado usarlo en el diseo del regulador serie teniendo en cuentalos parmetros de la hoja de caractersticas dada por el fabricante frente a losrequerimientos del diseo.

3.1De lahoja caracterstica del Transistor 2N6059completar la siguiente tabla:

3.2 Teniendo en cuenta que se requiere una corriente de carga IL= 1A y se conocetambin el voltaje de salida regulado calcular el valor de la resistencia de carga RL

IC hfe VCEO Pto t IB
http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/stmicroelectronics/5061.pdfhttp://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/stmicroelectronics/5061.pdfhttp://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/stmicroelectronics/5061.pdfhttp://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/stmicroelectronics/5061.pdf


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RL

3.3con el objetivo de conocer si el transistor 2N6059 soporta la potencia que sedisipara para una corriente de carga de 1 Amperio calcular el valor de la potenciadisipada en el transistor teniendo en cuanta las siguientes formulas:

PD= VCEIL VCE = VS- Vsal

PD

3.4 luego ya se puede afirmar si el transistor 2N6059 es apto para usarse en laprctica o no justifique su respuesta:

Si No

LA PROTECCIN CONTRA CORTO C IRCUITO


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Fig No.4

Finalmente con el objetivo de proteger los dispositivos que conforman la fuente dealimentacin es necesaria la implementacin de alguna tcnica de proteccincontra corto circuito, es por ello que se usara el arreglo de limitacin constante de

corriente el cual para este diseo limitara 1.4A la mxima corriente a circular en lacarga ISL

3.5Calcule el valor de Rlim:

Rlim

3.6. Explique cmo funciona esta tcnica de proteccin y cul es su principaldesventaja

ESPECIFICACIONES DEL INFORME DE LA FASE 3



Portada con los nombres de los integrantes del grupo Introduccin Contenido Conclusiones

Referencias usadas. Deben tener formato APA.

Tamao del arc h ivo f inal:El tamao NO debe superar los 2MB.


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PRODUCTO FINAL

SIMULACION Y ANAL ISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS

Asp ectos generales:Participacin individual de cada estudiante para la solucinlas actividades planteadas con la realizacin de aportes significativos y oportunosen el espacio de interaccin correspondiente a al producto final.


Peso evaluat ivo:125 puntos.Equivale al 25% de la nota definitiva.

Fecha mxim a de entr ega del p roy ecto :09/DIC/2014.

SIMULACION

Finalmente se debe construir en el Simulador Pspice Student 9.1 el circuito de lafuente de alimentacin regulada utilizando los valores para cada componenteantes calculados.

4.1 Grafique el voltaje de salida como se indica en el circuito mostrado en lasiguiente figura:

Figura No. 5

(Debe anexar pantallazo de la grfica que arroja la simulacin el voltaje de salidadebe de ser 9 voltios si no es as entonces existen errores que debe corregir)

4.2 Grafique las corrientes como se indica en el circuito mostrado en lasiguiente figura:


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Figura No. 6

(Debe anexar pantallazo de la grfica que arroja la simulacin la corriente desalida debe de ser 1 Amperio si no es as entonces existen errores que debecorregir)

ANA LISIS DE RESULTADOS

4.3 Redacte la explicacin detallada de todo el sistema (t eo ra d efunc ionamiento del ci rcu i to)

AUTOEVALUAC IN Y COEVALUAC IN

4.4Finalmente en el e-portafol io del curso se debe dejar una reflexin personalsobre su proceso formativo durante el semestre y realimentar desde su criterio laopinin dada al menos por un compaero.

ESPECIFICACIONES DEL INFORME DE LA FASE FINAL

Nombre del Arch ivo a subi r :243006_# de Grupo.pdf y debe entregarse oadjuntarse en el espacio de llamado realimentacin de producto final (entorno deseguim iento y evaluacin).


Portada con los nombres de los integrantes del grupo Introduccin

Objetivo general Foto del circuito montado en el simulador PSpice Graficas arrojadas por la simulacin Teora del funcionamiento del proyecto Conclusiones Referencias usadas.

Tamao del arc h ivo f inal:El tamao NO debe superar los 2MB

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