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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIORDE TIERRA BLANCACLAVE: 30EIT0008N
MATERIA: Mediciones Eléctricas.
PRACTICA: FUENTE DE VOLTAJE REGULABLE
CATEDRÁTICO: Francisco Javier Trapaga Pérez.
ALUMNOS:Juan Carlos Muñoz
Estefany López Cruz.
GRUPO: 203-A
ING. ELECTRONICA
OBSERVACIONES:
TIERRA BLANCA, VER. , A 14 DE JUNIO DE 2012.
ÍNDICE
Introducción……………………………………………………………………….
Objetivo……………………………………………………………………………..
Marco teórico………………………………………………………………………
Practica……………………………………………………………………………..
Conclusión…………………………………………………………………………
Introducción
a evolución de nuestra sociedad está ligada a la de la electrónica. Constantemente convivimos, muchas veces sin ni si quiera darnos cuenta, con todo tipo de elementos electrónicos. Hay una interminable lista de cosas que hacen la vida mucho más fácil y en las que la electrónica juega
un papel Importante.LEn general casi todos los circuitos electrónicos funcionan con alimentación continua, sin embargo por su facilidad de generación, transporte, transformación y uso, la electricidad de la que se dispone, con más facilidad, es alterna, en sus diversas formas. Es decir, no siempre disponemos de una fuente eléctrica continua, por lo que nos vemos obligados a convertir la electricidad alterna. Por lo general disponemos en cualquier toma de un domicilio de 120 VAC-RMS, que deben ser tratados para poder alimentar los circuitos electrónicos que contienen los equipos de música, el aire acondicionado, un ordenador, un microondas, etc. Este es el punto de partida de las fuentes de alimentación y reguladores electrónicos, que son los encargados de adecuar los valores de la red de distribución a los valores necesarios para que funcionen adecuadamente y no sufran daños dichos circuitos electrónicos, entre otros usos.
Objetivo.
Tiene como objetivo poner en práctica los conocimientos teóricos que adquirimos durante el semestre.
Realizar una fuente de voltaje para prácticas futuras.
Tener mejor habilidad para realizar circuitos.
Tener mejor manejo de los instrumentos y aprender a utilizar nuevos instrumentos.
EL alumno aprenderá a trabajar en equipo.
Marco teórico
Definición
En general, se entiende por fuente de alimentación de un equipo eléctrico, la parte del mismo destinada a adecuar las características y parámetros de la energía disponible para la alimentación del mismo, o fuente de alimentación primaria, con el fin de proveer un funcionamiento estable y seguro.
Puesto que casi todos los circuitos electrónicos trabajan con corriente directa, es necesario realizar la conversión de la corriente alterna. Para convertir la tensión alterna en continua se utilizan los circuitos rectificadores. Sin embargo, la tensión continua disponible a la salida del filtro del rectificador puede que no sea lo suficientemente buena, debido al rizado, para una aplicación particular o que varíe su magnitud ante determinados tipos de perturbaciones que puedan afectar al sistema como por ejemplo variaciones de la carga, de la temperatura o de la red hasta un 10%. En estos casos se precisan circuitos de estabilización o de regulación para conseguir que la tensión continua a utilizar sea lo más constante posible.
De aquí, el concepto de fuente regulada de alimentación, como un dispositivo electrónico encargado de suministrar un voltaje o una corriente continua, lo más estable posible, a los distintos elementos que se conecten.
Transformador
Un transformador se compone de dos enrollamientos o embobinados eléctricamente aislados entre sí, devanados sobre el mismo núcleo de hierro o de aire. Una corriente alterna que circula por uno de los devanados genera en el núcleo un campo magnético alterno, del cual la mayor parte atraviesa al otro devanado e induce en él una fuerza electro- motriz también alterna. La potencia eléctrica es transferida así de un devanado a otro, por medio del flujo magnético a través del núcleo. El devanado al cual se le suministra potencia se llama primario, y el que cede potencia se llama secundario. En cualquier transformador, no todas las líneas de flujo están enteramente en el hierro, porque algunas de ellas vuelven a través del aire.
Rectificación
Un circuito rectificador convierte corriente alterna en corriente directa pulsante que luego puede filtrarse en corriente directa pura, emulando la producida por las baterías. Para hacerlo, el rectificador debe conducir corriente con el mínimo de resistencia en dirección hacia la carga y bloquear su flujo en dirección inversa. El diodo, dispositivo semiconductor con sus características de corriente unidireccional y unipolar, es muy adecuado para rectificar.
Rectificador de Media Onda
El circuito para rectificar media onda se muestra en la siguiente figura. Durante el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en directo, permitiendo el paso de la corriente a través de él.
Si el diodo es considerado como ideal, este se comporta como un cortocircuito, (ver gráfico), entonces toda la tensión del secundario aparecerá en la resistencia de carga.
Durante el semiciclo negativo, la corriente suministrada por el transformador querrá circular en sentido opuesto a la flecha del diodo. Si el diodo es considerado ideal entonces este actúa como un circuito abierto y no habrá flujo de corriente.
La forma de onda de salida de un rectificador de media onda será como se muestra en la siguiente figura.
Rectificador de Onda Completa
En este circuito con puente de diodos, los diodos, D1 y D3 son polarizados en directo en el semiciclo positivo, los diodos D2 y D4 son polarizados en sentido inverso. Ver que la corriente atraviesa la carga RL.
El semiciclo negativo, la polaridad del transformador es el inverso al caso anterior y los diodos D1 y D3 son polarizados en sentido inverso y D2 y D4 en sentido directo. La corriente como en el caso anterior también pasa por la carga RL en el mismo sentido que en el semiciclo positivo.
Filtros
Los filtros son dispositivos eléctricos que tienden a adecuar una tensión alterna para utilizarla como alimentación continua de cualquier circuito. Los filtros de alimentación son sólo una de las aplicaciones de estos pero, debido a su utilidad y simplicidad, vamos a comenzar con ellos.
Filtro con condensador
La tensión de salida del rectificador de 1/2 onda anterior (una onda pulsante) no muestra con claridad un voltaje en corriente continua que se pueda aprovechar (no es constante). Pero si incluimos a la salida de este y antes de la carga un condensador, este ayudará a aplanar la salida. Cuando el diodo conduce (semiciclo positivo) el condensador se carga al valor pico del voltaje de entrada. En el siguiente semiciclo, cuando el diodo está polarizado en inversa y no hay flujo de corriente hacia la carga, es el condensador el que entrega corriente a la carga (el condensador se descarga a través de la resistencia de carga). El condensador al entregar corriente a la carga se descarga (disminuye el voltaje en sus terminales).
Tensión de rizado
A la variación del voltaje ("V) en los terminales del condensador debido a la descarga de este en la resistencia de carga se le llama tensión de rizado. La magnitud de este rizado dependerá del valor de la resistencia de carga y al valor del condensador.
En el semiciclo positivo el transformador entrega corriente, a través del diodo, al condensador C y a la resistencia R. En el semiciclo negativo es el condensador el que entrega corriente a la resistencia (se descarga).Si el condensador es grande significa menos rizado, pero aún cumpliéndose esta condición el rizado podría ser grande si la resistencia de carga es muy pequeña (corriente en la carga es grande).
Filtrado de onda completa
La salida del rectificador de onda completa es pulsante y para "aplanarla" se pone un condensador en paralelo con la carga. Este condensador se carga a la tensión máxima y se descargará en RL mientras que la tensión de salida del secundario del transformador disminuye a cero ("0") voltios, y el ciclo se repite.
Instituto Tecnológico Superior de Tierra Blanca…14 de junio de 2012.
Mediciones Eléctricas.
Catedrático:Francisco Javier Trapaga Pérez.
Alumnos:Juan Carlos Muñoz
Estefany López Cruz.
Reporte de práctica
FUENTE DE PODER REGULABLE
ING. ELECTRÓNICA 203- A
Fuente de poder regulable.
Introducción:En esta práctica se espera realizar una fuente de poder regulable, poniendo en práctica conocimientos previos y hacer uso de nuevos instrumentos para tener habilidad en la realización de la fuente.
Objetivo: Hacer uso de nuevos instrumentos Poner en práctica los conocimientos adquiridos
LISTA DE MATERIALES Y COMPONENTES
1 transformador con salida de 2 amperes a 24 volts, con tap central, 5 hilos (2 entradas y 3 salidas)
alimentación de 110 V.
1 placa de Cobre de 10 X 10 cm.
Cable.
3 conectores banana (2 rojos, 1 negro)
1 base porta fusible.
1 fusible de 2 A.
1 caja que nos servirá como envolvente para la fuente.
2 Capacitores 3300 µf a 50 V
2 capacitores cerámicos 0.1 µf a 50 V.
4 capacitores 10 µf a 50 V
1 resistencia de 240Ω a 1⁄4 de watt.
1 resistencia de 120Ω a 1⁄4 de watt.
2 potenciómetros de 5 k Ω.
4 diodos 1N4004.
1 circuito integrado LM317
1 circuito integrado LM337.
Cautín
Pasta para soldar
Soldadura
PROCEDIMIENTO.
Para llevar a cabo nuestra práctica se tienen que seguir los siguientes pasos que se van a ir describiendo a
continuación:
1.- Lo primero que debemos de hacer es nuestro diagrama electrónico también llamado esquemático,
para saber en donde se deben ir colocando cada uno de nuestro componentes que tenemos en nuestra
lista de materiales, porque primero lo vamos a simular en nuestros protoboard, y estar seguros de que a
la hora de llevarlo a cabo no tenga fallas. Se muestran algunas fotografías de esto:
fuimos desarrollandolo de acuerdo como teníamos nuestro circuito y empezando desde la entrada de
Vac hasta donde se indican las salidas en Vcc.
2.- Tomando en cuenta que para poder colocar correctamente nuestros componentes, porque a veces en algunos casos debemos de investigar referencias, polaridades de algunos componentes. Bueno después de haber realizado la simulación procedemos a elaborar nuestro circuito en un software llamado Multisim v10.1 (National Instruments Electronics Workbench) quedándonos de la siguiente manera:
F1
2A
2 211
LM317LINE VREG
COMMON
VOLTAGE1
2
3
LM337
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE3
1
2
D5
1N4004
K 2A1
D6
1N4004
K2 A 1
D71N4004K
2A
1
D81N4004K
2A
1
11
V1
127 Vrms 60 Hz 0°
11
22
S1
C23300µF2
21
1
C13300µF2
21
1
C30.1µF2
21
1
C40.1µF2
21
1
P15K
45%
C510µF2
21
1
C610µF2
21
1
C710µF2
21
1
C810µF2
21
1
P25K
65%
R1240Ω1
12
2
R2120Ω1
12
2
T23 3
5 5
4 422
11
D1
1B4B42
V+ 1
AC1
2
V-4
AC2
3
XMM1
2##
1##
3.- Se procede a elaborar las pistas en otro software llamado Express PCB para imprimirlas en nuestra placa de cobre, y nos queda de la siguiente manera:
4.- Aquí proseguiremos a plasmar las pistas en la placa, para después revelarlas en una solución que se llama cloruro férrico sumergiéndola totalmente y ya que se terminan de desprender las partes que no tienen tinta negra se saca y se lava con agua, debemos tener cuidado y no dejar la placa mucho rato en la solución y estar vigilándola y nos va a quedar así:
5.- En este paso ya que tenemos nuestra placa lista, lo que sigue es perforarla como se muestra en la figura anterior con unos círculos en rojo, estos círculos es donde se van a ubicar todos nuestros componentes y algunas conexiones, ya que terminamos de perforar lo que sigue es colocar los componentes para luego soldar cada uno de ellos.
6.- Ya que tenemos todos nuestros componentes soldados en la placa como se muestra en la siguiente foto:
Procedemos a preparar nuestra caja donde vamos a instalar nuestra placa, perforando donde vamos a colocar nuestros potenciómetros, fusible, switch, toma corriente, bornes de salida. De ahí lo que nos queda por hacer es probarla que funcione de acuerdo a lo que teníamos previsto haciendo mediciones apoyándonos de un multímetro y eso sería todo y daríamos por terminada nuestra práctica.
Conclusión
En resumen, una fuente de tensión regulada se compone básicamente de las siguientes de cuatro etapas fundamentales para su correcto funcionamiento, las cuales se describen en el siguiente diagrama:
Primera etapa: transformador de poder
Como puede notarse la primera etapa de la fuente corresponde al transformador de poder. Existen un sin fin de tipos de transformador de poder. El transformador es un dispositivo que permite obtener voltajes mayores o menores que los producidos por una fuente de energía eléctrica de corriente alterna (CA).
Un transformador se compone de dos enrollamientos o embobinados eléctricamente aislados entre sí, devanados sobre el mismo núcleo de hierro o de aire. Una corriente alterna que circula por uno de los devanados genera en el núcleo un campo magnético alterno, del cual la mayor parte atraviesa al otro devanado e induce en él una fuerza electro- motriz también alterna. La potencia eléctrica es transferida así de un devanado a otro, por medio del flujo magnético a través del núcleo. El devanado al cual se le suministra potencia se llama primario, y el que cede potencia se llama secundario. En cualquier transformador, no todas las líneas de flujo están enteramente en el hierro, porque algunas de ellas vuelven a través del aire. La parte de flujo que atraviesa al primario y al secundario es la Llamada flujo mutuo, la parte que sólo atraviesa al primario es el flujo ligado al primario y la que atraviesa sólo al secundario, se le llama flujo liga- do al secundario. En este caso, la potencia eléctrica obtenida (potencia de salida) en el transformador será menor a la potencia de entrada o suministrada al mismo, debido a las inevitables pérdidas por calentamiento en el primario y secundario, mismas que se denominan perdidas del cobre, a demás, puesto que como se muestra en el diagrama el primario es mayor al secundario, la tensión de salida será menor a la de entrada, puesto que los requerimientos necesitados nos dan que la medición de salida entre estos puntos será de 12 v CA.
Segunda etapa: rectificación.
La segunda etapa de nuestra fuente de alimentación es la que queda constituida por la rectificación, en este punto, la señal inducida al secundario, será nuevamente inducida pero ahora a una señal directa.
Nuestra fuente que es nuestro tema de estudio, en este caso posee una rectificación a base de 4 diodos, por lo que su rectificación será de onda completa y esta conectado en "tipo puente".
Tercera Etapa: Filtro
Esta etapa, tiene como función, "suavizar" o "alisar" o "reducir" a un mínimo la componente de rizo y elevar el valor promedio de tensión directa. El que a continuación describiremos es el ocupado por la fuente causa de nuestro estudio, y es a base precisamente de elementos pasivos como es el condensador. Nuestra fuente tiene un condensador de 4700 mF a 16 V, el cual tendrá dicha función. Este tipo de red de filtro, es el más ocupado por ser el más sencillo y económico, como nuestra fuente posee pequeñas variaciones de carga y puede tolerarse algo de zumbido, es ideal para el funcionamiento de filtraje.
El funcionamiento es el siguiente: Por cada ciclo de la señal rectificada, el condensador, se carga al valor pico, cuando la amplitud del voltaje rectificado comienza a disminuir, el capacito empieza a descargarse. Su eficiencia depende de la constante de tiempo, puesto que una carga de bajo valor pide más corriente haciendo que el condensador se descargue más rápidamente y el filtraje sea menor.
Cuarta Etapa: Regulador De Voltaje.
En muchas ocasiones necesitamos una fuente de alimentación que nos proporcione más de 1A y esto puede convertirse en un problema que aumenta, si además queremos, por seguridad, que se pueda cortocircuitar. La solución es dopar (añadir) un transistor de potencia o los que sean necesarios para que nos proporcione la corriente deseada.
Logramos realizar un fuente de poder, funcional.
