FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
FUENTE SIMTRICA
MATERIALES: Transformador de 220V-24V(2A) Puente de diodos serie
2W08 02 Condensadores de 220 uF -220 V 02 Condensadores de 220 uF
-50V 02 Reguladores de la serie LM317 y LM337 02 potencimetros de
50K ohm 02 resistencias de 240 ohm
FUNCIONAMIENTO DE LA FUENTE DE ALIMENTACIN SIMETRICA
Esta fuente consta de 4 partes: 1.El transformador 2.Circuito
rectificador 3.Circuito de filtro 4.ReguladorEn el siguiente
grafico se observa el esquema de las partes de la fuente:
1.El transformador:Permite aumentar o disminuir el voltaje y la
intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto
permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la
entrada de un transformador ideal, esto es, sin prdidas, tiene que
ser igual a la que se obtiene a la salida) manteniendo la
frecuencia (60 Hz).Estn basados en el principio de induccin
electromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos
bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado de hierro dulce. Estas
bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios.
2.RectificadorEs el elemento o circuito que permite convertir la
corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando
diodos rectificadores, ya sea semiconductores de estado slido,
vlvulas al vaco o vlvulas gaseosas como las de vapor de
mercurio.Dependiendo de las caractersticas de la alimentacin en
corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofsicos,
cuando estn alimentados por una fase de la red elctrica, o
trifsicos cuando se alimentan por tres fases.Un diodo conduce
cuando la tensin de su nodo es mayor que la de su ctodo. Es como un
interruptor que se abre y se cierra segn la tensin de sus
terminales:
Ya que el rectificador se conecta despus del transformador,
entonces ingresa por l tensin alterna y tendr tensin continua a su
salida, es decir, un polo positivo y otro negativo:
La tensin Vi es alterna y senoidal, esto quiere decir que a
veces es positiva y otras negativa. En un osciloscopio observaramos
la siguiente seal:
La tensin mxima a la que llega Vi se le llama tensin de pico y
en la grfica aparece como Vmax. La tensin de pico no es lo mismo
que la tensin eficaz pero estn relacionadas, Por ejemplo, si
compramos un transformador de 6 voltios, entonces sern 6 voltios
eficaces, estaramos hablando de Vi pero, la tensin de pico Vmax
vendr dada por la ecuacin:Vmax = Vi * 1,4142Para el ejemplo Vi=6V
entonces:Vmax = 6 * 1,4142 = 8,48 VRectificador en puente:El
rectificador ms usado es el llamado rectificador en puente y es que
el usaremos en nuestra fuente, su esquema 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 tensin de entrada
Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva.El resultado es el
siguiente:
Observamos en la figura que an no se ha conseguido una tensin de
salida estable, es por ello que ser necesario un filtro.
3.Filtro
La tensin en la carga que se obtiene de un rectificador es en
forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensin en la
carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer despus de nuevo
a cero. Esta no es la clase de tensin continua que precisan la
mayor parte de circuitos electrnicos. Lo que se necesita es una
tensin constante, similar a la que produce una batera. Para obtener
este tipo de tensin rectificada en la carga es necesario emplear un
filtro.El tipo ms comn de filtro es el del condensador a la
entrada, en la mayora de los casos perfectamente vlido. Sin embargo
en algunos casos puede no ser suficiente y tendremos que hacer uso
de algunos componentes adicionales.Filtro con condensador a la
entrada:Este es el filtro ms comn y por ello ms conocido.Basta con
aadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta
forma:
Para hacer ms abreviada la explicacin sustituimos el diodo
puente por un diodo comn ya que se comportaran de la misma manera.
Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensin de pico
Vmax. Una vez rebasado el pico positivo el diodo se abre. Por qu?
debido a que el condensador tiene una tensin Vmax entre sus
extremos y la tensin en el secundario del transformador es un poco
menor que Vmax el ctodo del diodo est a ms tensin que el nodo. Con
el diodo ahora abierto el condensador se descarga a travs de la
carga, lo cual hace que disminuya su voltaje, pero en el momento
que el voltaje sea menor que el del secundario del transformador,
el diodo vuelve a conducir y consecuentemente a cargar al
condensador. Nos podemos dar cuenta que el proceso es repetitivo.La
tensin Vo quedar de la siguiente forma:
La tensin en la carga es ahora casi una tensin ideal. Solo nos
queda un pequeo rizado (conocido tambin como voltaje de rizado)
originado por la carga y descarga del condensador. Para reducir
este rizado podemos optar por construir un rectificador en puente:
el condensador se cargara el doble de veces en el mismo intervalo
teniendo as menos tiempo para descargarse, en consecuencia el
rizado es menor y la tensin de salida es ms cercana a Vmax. Otra
forma de reducir el rizado es poner un condensador mayor, pero
siempre tenemos que tener cuidado en no pasarnos ya que un
condensador demasiado grande origina problemas de conduccin de
corriente por el diodo y, por lo tanto, en el secundario del
transformador (la corriente que conduce el diodo es la misma que
conduce el transformador).
4.El regulador:Un regulador o estabilizador es un circuito que
se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensin de
salida de la tensin exacta que queramos. En este informe nos
centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que
son los ms sencillos y baratos que hay, en la mayora de los casos
son la mejor opcin.Este es el esquema de una fuente de alimentacin
regulada con uno de estos reguladores:
El LM317 es un regulador de tensin ajustable de tres terminales,
capaz de suministrar en condiciones normales 1.5 A, en un rango que
va desde 1,2 hasta 37 Voltios.Para su empleo solo requiere dos
resistores exteriores para conseguir el valor de salida. De hecho
la lnea de carga y regulacin es mejor que en los reguladores fijos.
Adems de las mejores caractersticas respecto a los reguladores
fijos, dispone de proteccin por limitacin de corriente y exceso de
temperatura, siendo funcional la proteccin por sobrecarga, incluso
si el terminal de regulacin est desconectado. Normalmente no
necesita condensadores mientras est a menos de 15 centmetros de los
filtros de alimentacin. Dado que es un regulador flotante y solo ve
la entrada a la salida del voltaje diferencial, se puede utilizar
para regular altas tensiones mientras no se supere el diferencial
de entrada/salida (40V).
Aplicacin tpica del LM317La tensin entre la patilla ajuste y
salida es siempre de 1,25 voltios (tensin establecida internamente
por el regulador), y en consecuencia la corriente que circula por
el resistor R1 es: IR1 = V / R1 = 1,25/R1Esta misma corriente es la
que circula por R2. Entonces la tensin en R2: VR2 = IR1 x R2. Si se
sustituye IR1 en la ltima frmula se obtiene la siguiente ecuacin:
VR2 = 1,25 x R2 / R1.Como la tensin de salida es: Vout = VR1 + VR2,
entonces: Vout = 1,25 [V] + (1,25 x R2 / R1)[V] simplificando
(factor comn) Vout = 1,25(1+R2 / R1) [V]De esta ltima frmula se ve
claramente que si modifica R2 (resistencia variable), se modifica
la tensin VoutEn la frmula anterior se ha despreciado la corriente
(IADJ) que circula entre la patilla de ajuste (ADJ) y la unin de R1
y R2. Esta corriente se puede despreciar, tiene un valor mximo de
100 uA y permanece constante con la variacin de la carga y/o de la
tensin de entrada.Con el propsito de optimizar la regulacin, el
resistor R1 se debe colocar lo ms cercano posible al regulador,
mientras que el terminal que se conecta a tierra del resistor R2
debe estar lo ms cercano posible a la conexin de tierra de la
carga
Se pone un condensador C3 de 1 uF de tantalio o 220 F
electroltico en la patilla de salida (OUT) con el propsito de
mejorar la respuesta a transitorios. Para tener control de la
tensin que va a entregar el regulador, se pone un potencimetro de 5
kilo ohmios entre masa, y la patilla de ajuste del regulador. Se
pone un resistor de aproximadamente 220 ohmios en paralelo entre la
patilla de ajuste y salida del regulador.
FIEE
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