UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA
ASIGNATURA: circuitos electronicos i.fuente regulada DE BAJA
POTENCIA
DOCENTE : ing. yhony ninantay torresINTEGRANTEs : indira luisa
duran valdez 110471 jesenia lizbet ttito berrios 110484 FERNANDO
LOZANO INkA 134172 russel EDISON cusipuma gallegos 080131
CUSCO PER2014
OBJETIVOS
OBJETIVO PRINCIPAL
Transformar la corriente alterna de alta tensin, en corriente
directa de baja tensin, con voltaje fijo y carga variable.
OBJETIVO SECUNDARIO
Realizar el montaje de una fuente regulada de voltaje.
Conocimiento de los diversos componentes utilizados en la
construccin de montajes electrnicos.
Implementacin de conocimientos adquiridos con anterioridad en
cursos de dispositivos electrnicos y circuitos elctricos.
DISEO Y MONTAJE REAL DE FUENTE REGULADA CON TENSION ESTABLE DE
BAJA POTENCIA
GENERALIDADESLa evolucin de nuestrasociedad est ligada a la de
laelectrnica. Constantemente convivimos, muchas veces sin ni si
quiera darnos cuenta, con todo tipo de elementos electrnicos. A
diario, se utiliza un coche, un telfono o se ve la televisin sin
saber que todo ello funciona gracias a la electrnica. Hay una
interminable lista de cosas que hacen la vida mucho ms fcil y en
las que la electrnica juega un papel crucial.En general casi todos
los circuitos electrnicos funcionan conalimentacincontinua, sin
embargo por su facilidad de generacin, transporte,transformaciny
uso, la electricidad de la que se dispone, con ms facilidad, es
alterna, en sus diversas formas. Es decir, no siempre disponemos de
una fuente elctrica continua, por lo que nos vemos obligados a
convertir la electricidad alterna, en Cuzco disponemos en cualquier
toma de un domicilio de 220 VAC-RMS, que deben ser tratados para
poder alimentar los circuitos electrnicos que contienen los equipos
de msica, el aire acondicionado, un ordenador, un microondas, etc.
Este es el punto de partida de las fuentes de alimentacin y
reguladores electrnicos, que son los encargados de adecuar los
valores de la red de distribucin a los valores necesarios para que
funcionen adecuadamente y no sufran daos dichos circuitos
electrnicos, entre otros usos.Este tipo de fuente fue el primero en
utilizarse. Generalmente las podremos encontrar siguiendo el
esquema de transformador, rectificador, filtro, regulacin y salida.
Podemos afirmar que todas las fuentes diseadas basndose en este
esquema son de undiseorelativamente sencillo comparado con otros
tipos de fuentes, por ejemplo, las conmutadas.En el diseo
yconstruccinde fuentes lineales no siempre va a ser necesario, por
parte del fabricante, crear todas las etapas del esquema
anteriormente mencionado.
El costo de este proyecto es muy bajo con relacin a la compra de
una ya hecha, y adems cuenta con la ventaja de que cada quien ser
capaz de repararla en caso de algn dao o algo relacionado.
En definitiva, es recomendable que cada estudiante de ingeniera
posea su propia fuente variable para poder realizar montajes y
probarlos sin ninguna dificultad y qu mejor manera de aprender,
poseer y crecer intelectualmente que realizndola ellos mismos?
DEFINICIONEn general, se entiende por fuente de alimentacin de
un equipo elctrico, la parte del mismo destinada a adecuar las
caractersticas y parmetros de la energa disponible para la
alimentacin del mismo, o fuente de alimentacin primaria, con el fin
de proveer un funcionamiento estable y seguro.Puesto que casi todos
los circuitos electrnicos trabajan con corriente directa, es
necesario realizar la conversin de la corriente alterna que se
transmite en el pas. Para convertir la tensin alterna en continua
se utilizan los circuitos rectificadores. Sin embargo, la tensin
continua disponible a la salida del filtro delrectificadorpuede que
no sea lo suficientemente buena, debido al rizado, para una
aplicacin particular o que vare 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 estabilizacin o de
regulacin para conseguir que la tensin continua a utilizar sea lo
ms constante posible.De aqu, el concepto de fuente regulada de
alimentacin, como un dispositivo electrnico encargado de
suministrar un voltaje o una corriente continua, lo ms estable
posible, a los distintos elementos que se conecte a esta fuente.El
diseo y construccin de la fuente regulada de tensin fija de 7.5
voltios, est dividida en las siguientes etapas:
ETAPA DE TRANFORMACION DE VOLTAJE ETAPA DE RECTIFICACION ETAPA
DE FILTRO ETAPA DE REGULACION Y ESTABILIZACION ETAPA DE CARGA
ETAPA DE TRANSFORMACION DE VOLTAJEEsta constituido de un
transformador reductor con derivacin central 9-0-9 voltios en sus
bornes secundarios, con un primario nico de tensin de entrada 220
voltios, de tensin alterna.Las caractersticas ms importantes de un
transformador de alimentacin son:
_ Tensin del secundario o secundarios: viene expresada en tensin
eficaz._ Potencia mxima entregable por los secundarios: expresada
en VA (voltamperios). Resistencia de primario y secundarios:
expresada en ohmios, a la temperatura de 25 C._ Prdidas en el ncleo
y en los bobinados: expresada en W (vatios)._ Corriente consumida
por el transformador sin carga conectada, y expresada en mA
(miliamperios).
ETAPA DE RECTIFICADOREst constituido por diodos, Deben ser
diodos con unas caractersticas especiales. Un diodo es una
sustancia cuya conductividad es menor que la de un conductor y
mayor que la de un aislante. El grado de conduccin de cualquier
sustancia depende, en gran parte, del nmero de electrones libres
que contenga. En un conductor este nmero es grande y en un
semiconductor pequeo es insignificante. El nmero de electrones
libres de un semiconductor depende de los siguientes factores:
calor, luz, campos elctricos y magnticos aplicados y cantidad de
impurezas presentes en la sustancia.De hecho, existe un Sub-grupo
de diodos llamados as, rectificadores. Los diodos rectificadores
deben poder ser capaces de soportar de forma continua valores de
corriente que, segn de que aplicaciones se trate, puede llegar a
ser elevada o muy elevada. Adems, deben soportar picos de corriente
varias veces mayores que su corriente nominal mxima de
funcionamiento. En cuanto a las caractersticas de tensin, es normal
que puedan trabajar con tensiones inversas de algunas centenas de
voltios. Tomemos como ejemplo un diodo rectificador muy difundido,
el 1N4007. Tiene aplicacin en fuentes de alimentacin de pequea
potencia de salida. Sus principales caractersticas, son:_ Picos
repetitivos de tensin inversa: 1000V mximo._ Picos no repetitivos
de tensin inversa: 1200V mximo._ Tensin inversa mxima de forma
continua: 700V._ Corriente nominal directa mxima: 1A._ Picos de
corriente directa no repetitivos: 3A mximo.El tipo de rectificador,
que estamos utilizando en nuestro diseo es:Circuito de onda
completa bifsico.Se lo ha representado en la figura 2. El
secundario del transformador esta subdividido, a travs de una toma
central de corriente, en dos partes que presentan dos tensiones, V1
y V2, desfasadas 180o entre s. De esta forma, los dos diodos
presentes en el circuito conducen alternativamente, cada uno de
ellosuna semionda. El valor medio Vm que se obtiene a la salida
(fig. 2) ser as, el doble del rectificador de media onda.
ETAPA DE FILTROEst constituido por un condensador electroltico
de 1000f/16v
La capacidad del condensador solamente va a depender de forma
directamente proporcional del rea de las placas e inversamente
proporcional de la separacin existente entre las mismas.En cuanto a
tecnologas de fabricacin, se puede decir que existe una gran
variedad en lo que a capacitores se trate. Dentro de esta enorme
gama podremos encontrar los llamados electrolticos, los cuales son
los de mayor capacidad. Estos deben su nombre a que la capa
aislante entre las placas se fabrica de un papel absorbente
humedecido con cido electroltico. Durante la fabricacin se les hace
circular una corriente elctrica entre sus placas para crear una
reaccinqumicaque producir una capa de xido sobre las placas
metlicas, constituyendo este, el verdadero dielctrico del
capacitor. En la figura siguiente podemos ver detalladamente la
estructura interna explicada anteriormente, as como ejemplos del
aspecto exterior de dos capacitores electrolticos.
Como se puede apreciar, este capacitor es polarizado, en estos
casos su representacin en los planos electrnicos se realiza con
alguno de los siguientes smbolos:
La frmula para calcular un capacitor para filtros es.Y para Onda
completa
En donde
C= Condensador en faradiosIc= Corriente de consumo del circuito
en AmperiosF= Frecuencia en Hertz (50 o 60 Hz dependiendo del
pas)Vr= Voltaje ripple o rizado
En nuestro proyecto el resultado del Condensador produce
resultados como
0.001 = 1000 F (microfaradio)
ETAPA DE REGULACION Y ESTABILIZACION
Est constituido por un diagrama de bloques de referencia.Muchos
reguladores no son adecuados cuando se requiere una tensin de
salida extremadamente precisa, dado que:_ La tensin de salida es
establecida por el diodo zner, luego no existe posibilidad de
ajuste._ Los circuitos revisados no tienen ningn tipo de control
interno para que cuando la tensin de salida disminuya o aumente por
cualquier causa, se produzca un proceso de realimentacin que
permita que la tensin permanezca constante.En la Fig. 8 se muestra
un diagrama de bloques de un regulador realimentado.Regulador
realimentado.Este regulador funciona como sigue: Supongamos que por
cualquier causa la tensin de salida tiende a aumentar (disminuir),
la salida del sensor aumenta (disminuye), luego la salida del
detector de error disminuye (aumenta), luego esta salida es
amplificada por el detector de error y es transmitida por el
transistor regulador a la salida, que Consecuentemente decrece,
manualmente la salida del regulador tiende a mantenerse constante.
Los bloques transistor regulador, sensor y tensin de referencia
permanecen prcticamente inalterados de un circuito regulador a
otro. La principal diferencia entre estos circuitos es el
amplificador de error, el que puede implementarse con un
transistor, un par diferencial o un amplificador operacional:
Fig.8
El circuito de la Fig. 9, es un regulador realimentado con
componentes discretos sin limitador de corriente. Si VL disminuye,
debido a un aumento de la corriente requerida, entonces el voltaje
de la juntura base-emisor de Q2 disminuye, haciendo que la
corriente en el colector de Q2 disminuya, es decir, extrae menos
corriente de la base de Q1, permitiendo as que un porcentaje ms
grande de la corriente que circula por R4 excite a Q1 (en la base),
activndolo ms en el estado de conduccin.
fig.9En la actualidad existe gran variedad de circuitos
integrados (CI) reguladores, de caractersticas fijas o ajustables,
los cuales son muy verstiles, de fcil uso y de bajo costo. En este
regulador posee un amplificador diferencial (Q1 y Q2), que compara
el voltaje de zner con el voltaje proporcionado por el par R1 - R2.
(Que es la red de realimentacin), R7 tendr un valor de 3.3k. Los
transistores Q4 y Q5 forman el transistor regulador. La etapa de
proteccin contra sobre corriente es realizada por Q3 y la
resistencia R5. El funcionamiento es exactamente igual que el de un
regulador de voltaje realimentado.
En nuestro proyecto montaremos el siguiente circuito modelado
transistorizado operacional.Tambin el diodo zner tiene como funcin
mantener el voltaje en un nivel alrededor de los 9V para que no se
daen lostransistores, y peculiarmente Q4. Cumple la funcin de
polarizador. Las fuentes de corriente I1 e I2 proveen la
polarizacin adecuada tanto para D1 (zner), como para Q1 Y Q2. El
transistor Q4 extrae menos corriente de la base de Q5, permitiendo
as que un porcentaje ms grande de la corriente que circula por R4
excite a Q3 (en la base), activndolo ms en el estado de conduccin.
El voltaje de entrada (no regulado) ingresa entre los terminales
Vi-GND y el voltaje de salida se obtiene entre los terminales
Vo-GND. La tensin de salida depende de la relacin de las
resistencias R1- R2 de la forma.
Por esta razn, nuestro diseo, R2=2.2k y R1=1.2k.Para determinar
esta expresin, podemos ignorar Q3, pues no estar activo mientras no
circule una corriente mayor a la corriente mxima en la salida. La
cada de tensin en R5 puede considerarse despreciable, luego la
tensin en la base de Q2 es:
Puede considerarse ese valor pues, el circuito transistorizado
diferencial debiera tener una resistencia de entrada muy alta. El
mayor o menor voltaje de diferencia har que por el colector de Q2
circule mayor o menor corriente, esto implica que la corriente de
base de Q4, aumentar o disminuir si el voltaje aplicado en la base
de Q2 baja o sube. El resistor R3, que de be ser tal corriente
necesario para excitar al transistor Q3, y que en nuestro diseo
consideramos como 2.2k, ahora este transistor Q3 con la resistencia
R3, forman el circuito de nombre limitador de corriente.
Limitador de corrienteEstablece una realimentacin negativa
cuando la corriente de carga sobrepasa la mxima especificada por el
regulador, manteniendo la corriente de carga constante aun cuando
la resistencia de carga sea menor al mnimo requerido por las
especificaciones del regulador. En esta ltima situacin el circuito
ya no funciona como regulador, puesto que la tensin de salida no
puede permanecer constante, sino que decrece conforme la
resistencia de carga disminuye. Cuando la corriente de carga excede
el mximo permitido, se genera una cada de tensin en la juntura
base-emisor de Q2, logrando que dicho transistor conduzca, luego
disminuye la corriente que excita la base de Q1, haciendo que la
corriente de carga disminuya. Luego R se disea de tal forma que
cuando la corriente de carga aumente en forma excesiva, el
transistor Q2 comience a conducir.
La resistencia R se disea como:
Esto asegura que Q2 comienza a conducir cuando la corriente de
carga sobrepasa el mximo permitido.
La funcin del condensador electroltico de 10 f, es la de es
pulir el rizado final, as estabilizarlo un poco ms.ETAPA DE
CARGA
La salida de tensin lineal, nos atinan valor fijo de 7.5 voltios
estable, con un rango de corriente sobre la carga de 40 y 50 mA,
respectivamente. Por ende necesitamos utilizar una resistencia de
valores de 150 o 180ohmmios. VL= 7.5v IL=40mA ==== R=180VL= 7.5v
IL=50mA ==== R=150
SIMULACION DE LAS ETAPAS DE LA FUENTE EN PROTEUS 8.0
En este circuito la carga RL = 180
En este circuito la carga RL = 150
MATERIALES Un transformador de 18 voltios con tap central(9-0-9)
2 diodos rectificadores 1N4007, en un protoboard. 2 condensadores
electrolticos de 1000 f, 10 f, y uno cermico 100nf. Diodo Zner 9.1
v de 500mW1N5239. 5 Transistores NPN, del modelo 2N2222. 7
resistencias (1, 1k, 1.2k, 2.2k, 2.2k, 3.3k, y 150-180).
MONTAJE
Se presenta en nuestro protoboard, para realizar las medidas
correspondientes en el laboratorio.
CONCLUSIONES
-Los reguladores de voltaje son sistemas que permiten mantener
un voltaje fijo en la salida independiente de la corriente
requerida por la carga. Estos pueden ser tipo paralelo o serie. Si
se requiere mayor precisin, el regulador puede ser realimentado,
con lo cual tambin se podra obtener reguladores ajustables (voltaje
de salida variable). -Para el diseo de reguladores se debe conocer
el voltaje y la corriente mxima requerida as como la ondulacin de
la entrada. Esto servir para especificar el elemento de referencia,
el transistor regulador (en el caso de requerirse corrientes sobre
1Amperio) y si este ha de ser ajustable o no.
RECOMENDACIONES
En el presente proyecto se deber tener cuidado la base del
software de operacin con el cual estamos empleando, sea la versin
del software, en este proyecto estamos utilizando:PROTEUS DESIGN
SUITE 8.0
BIBLIOGRAFIA
www.geocities.com/jose_luis_cardenas/tesis_ejemplo_anteproyecto.doc
www.adigital.pntic.mec.es/~aramo/circu/circu.htm
www.forosdeelectronica.com/about672.html Richard C. Dort, James A.
Svoboda.