“Año de la diversidad productiva y del fortalecimiento de la educación”

Universidad Tecnológica del Perú

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL y MECANICA

ESCUELA PORFESIONAL DE INGENIERÍA

ELECTROMECANICA

TRABAJO INVESTIGACION

CURSO:

ELECTRONICA ANALOGICA

TEMA:

FUENTE DE ALIMENTACIÓN SIMÉTRICA (-20V

+20V) y 5V FIJOS DE 2 Amperios

DOCENTE:

Ingeniero Monteza Zevallos Fidel Tomas

LIMA - 2015

INTRODUCCION

El presente trabajo consiste en el diseño y construcción de una fuente de alimentación variable (-20v +20v) y 5v fijos de 2 A. El esquema electrónico consta de tres partes, dos reguladores de tensión los cuales proporcionan al montaje alta fiabilidad, robustez y características casi inmejorables. Uno de los reguladores (LM317) se encarga de la rama positiva y el otro (LM337), se encarga de la rama negativa y de un 7805.

El ajuste de la tensión de salida se realiza mediante la actuación sobre un potenciómetro (P1) para mantener el valor mínimo, Con el fin de mejorar la respuesta a los posibles transitorios, evitar auto oscilaciones y mejorar el filtrado, se utilizan unos condensadores electrolíticos de baja capacidad a la entrada y salida de cada regulador.

La tensión suministrada por el secundario del transformador T1, constituido por dos secundarios simétricos (del mismo valor 24V), se rectifica mediante el puente rectificador, y posteriormente se filtra mediante los condensadores electrolíticos idénticos C1 y C2 los cuales se cargarán a la tensión de pico, la tensión obtenida a la entrada de los reguladores será de aproximadamente 33,8V.

Mediante los potenciómetros P1 y P2 se puede ajustar independientemente la salida de cada regulador al valor deseado, en el margen de 0 a 22V.

Una fuente de alimentación sencilla puede ser uno de los ejercicios que mejor ilustran una lección de electrónica práctica y, eso precisamente es lo que vamos a realizar. Proponemos estudiar cómo construir una fuente de alimentación que nos sirva para la mayoría de las aplicaciones que habitualmente venimos realizando en las prácticas de las escuelas, laboratorios y academias de enseñanza sobre electrónica.

Las ventajas que aporta una fuente regulable básicamente son, la posibilidad de alcanzar en su salida una tensión continua exacta a la especificada por el usuario o circuito examinado bajo prueba. Esto que en un principio parece una simpleza, no lo es tanto cuando hemos de variar la tensión en niveles de un voltio o incluso menos en ciertos casos y si además necesitamos que dicha fuente sea cortocircuitable, esto puede complicarse un poco.

OBJETIVOS

La finalidad de una fuente de alimentación es obtener a partir de tensión alterna de la red local 110V o 220V la tensión continua o tensiones continuas que precisan las diversas etapas de un aparato electrónico para su funcionamiento.

Conocer cada una de las etapas que conforman la fuente, su funcionamiento y componentes y características de los mismos.

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EL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON TRANSFORMADOR CON DERIVACIÓN CENTRAL

El transformador es el primer elemento de nuestra fuente. Su finalidad es doble:al mismo tiempo que modifica la tensión disponible en la red para un valor de acuerdo con el deseado en la fuente, también sirve de aislador; ya que separa la salida de la fuente de la propia red evitando así que un contacto del operador con los elementos del circuito le ocasione un choque.

Recuerde que las bobinas que forman. los bobinados de un transformador son aisladas entre si (excepto en los autotransformadores),ya que la energía pasa de una a otro apenas por inducción electromagnética.

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Este tipo de rectificador necesita un transformador con derivación central. La derivación central es una conexión adicional en el bobinado secundario del transformador, que divide la tensión (voltaje) en este bobinado en dos voltajes iguales. Esta conexión adicional se pone a tierra.

Durante el semiciclo positivo (Vin color rojo) el diodo D1 conduce. La corriente pasa por la parte superior del secundario del transformador, por el diodo D1 por RL y termina en tierra. El diodo D2 no conduce pues está polarizado en inversa.

Durante el semiciclo negativo (Vin color azul) el diodo D2 conduce. La corriente pasa por la parte inferior del secundario del transformador, por el diodo D2 por RL y termina en tierra. El diodo D1 no conduce pues está polarizador en inversa.

Ambos ciclos del voltaje de entrada son aprovechados y el voltaje de salida se verá como la siguiente figura.

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La tensión de rizado

Si a RL se le pone en paralelo un condensador, el voltaje de salida se verá como en la siguiente figura (línea negra).

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 capacitor.

Si se comparar este diagrama con su correspondiente de rectificación de 1/2 onda, se puede ver que este circuito tiene un rizado de mayor frecuencia (el doble), pero es menor.

En cada semiciclo el transformador entrega corriente (a través de los diodos D1 y D2) al condensador C y a la resistencia RL, Esto sucede mientras las ondas aumentan su valor hasta llegar a su valor pico (valor máximo), pero cuando este valor desciende es el condensador el que entrega la corriente a la carga (se descarga).

Si el capacitor 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)

RECTIFICACION

Lo primero que hay que hacer es reducir la elevada tensión de la red (220 V) a una cercana a 5 V. Para ello, se utiliza un transformador.

Para obtener una corriente continua a partir de la tensión alterna senoidal obtenida en el secundario del transformador, aprovechamos las propiedades de los diodos de conducir la corriente en un único sentido.

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Los diodos usados entonces para fuente con esta función se denominan  "rectificadores". Tenemos además una corriente continua pulsante pero su intensidad es mayor: la tensión es aplicada durante todo el ciclo en la carga.

Podemos obtener el mismo efecto de rectificación de onda completa con un transformador común simple, sin toma central, si empleamos 4 diodos en una configuración llamada "punte rectificador", o bien puente de Graetz. Conectamos entonces los diodos como muestra la Figura.

El funcionamiento de este sistema de rectificación es el siguiente: en el Instante en que tenemos el semiciclo positivo en el extremo superior del transformador (en relación al Inferior), los diodos Dl y D3 son polarizados directamente y ofrecen un recorrido para la circulación de la corriente por los componentes.

Fig. 1

En el semiciclo siguiente, los diodos D2 y D4 son los polarizados directamente, ofreciendo entonces recorrido para la corriente Figura 1.

Observe que el sentido de la corriente por los componentes es el mismo en los dos semiciclos, lo que muestra que la misma esta recibiendo una corriente continua aunque pulsante.

Despreciando los 0,6V típicos que un diodo manifiesta de caída de tensión en la rectificación (polarización directa), los dos sistemas llevan a los mismos efectos finales. El que usa dos diodos tiene el pasaje de la corriente por un diodo (caída de 0,6V), mientras que el que utiliza 4 diodos tiene el pasaje de la corriente siempre por dos diodos (caída de 1,2V).

Otra cosa que merece ser observada es que la posición del diodo indica la polaridad de la corriente de la fuente. Podemos perfectamente tener una fuente de tensión negativa bastando para eso invertir el diodo.

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FILTRADO

Como vimos hasta ahora, la corriente que circula por los componentes no es continua pura, sino continua pulsante. Si alimentamos un equipo de sonido, por ejemplo un amplificador, las variaciones rápidas de la tensión corresponden a una señal que aparece en el parlante del aparato en la forma de un fuerte zumbido o ronquido. Llamamos a éste zumbido o ronquido CA de ondulación, o ripple y en este caso corresponde a 100% de la tensión, pues se obtienen en la carga variaciones de 0 a 100% de la tensión .

Fig. 2(a) Fig.2(b)

Una fuente de corriente continua pura no puede tener estas ondulaciones o debe reducirlas a un mínimo (1% ó 2%), de modo que no influyan en el funcionamiento del aparato alimentado, o no aparezcan junto con las señales de audio que deben ser reproducidas o grabadas.

Para eliminar estas ondulaciones usamos filtros.

El tipo más sencillo de filtro consiste en un capacitor conectado en paralelo con la carga como muestra la Figura 2(b).

Veamos entonces cómo funciona la fuente rectificadora de media onda con un filtro Incorporado.

Cuando el diodo conduce el primer semiciclo, el capacitar se carga con la tensión de pico correspondiente, lo que resulta en aproximadamente 1,41 veces la tensión RMS del transformador.

Cuando la tensión aplicada en el diodo en sentido directo comienza a caer, el capacitor compensa esta caída proveyendo su carga al circuito aumentado de modo de mantener constante la tensión. Esta claro que el capacitar no consigue mantener exactamente constante la tensión en la carga, pues el mismo se descarga gradualmente hasta que un nuevo ciclo polariza el diodo en sentido directo y nuevamente se haga su carga con la tensión de pico.

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Resumiendo, en los intervalos entre los semiciclos, en que no ocurre la conducción del diodo, el capacitor se encarga de proveer energías a la carga, descargándose como muestran las curvas de la Figura.

Si la carga exige una carga elevada, la descarga en el capacitor será más acentuada que en el caso de una corriente menos intensa. Del mismo modo si el valor del capacitor fuera alto, puede mantener más constante la tensión en la carga.

Esto nos lleva a tensiones de carga mucho mejores, con apenas pequeñas ondulaciones como muestra.

Ya tenemos entonces una corriente continua pura en la carga. El valor del capacitor usado es muy importante en el filtrado, habiendo cálculos específicos para su determinación.

Vea que en la fuente con rectificación de media onda, el capacitar debe suplir la alimentación de la carga, por el intervalo en que no aparece un semiciclo, que es un intervalo grande.

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Fig. 3

Si tuviéramos una fuente de onda completa, el capacitar de filtro tiene la misma función, pero ahora debe suplir la carga por un intervalo menor (entre un semiciclo y el siguiente) lo que reduce considerablemente la ondulación Figura 3. Por este motivo, las fuentes de onda completa son preferidas por el menor nivel de zumbido que presentan para un mismo capacitor usado en el filtrado.

REGULADORES DE TENSIÓN

Se trata de un circuito integrado que se usa en las fuentes de alimentación par obtener una señal continua.

Para eliminar el rizado de la señal de salida y evitar que esta dependa de la resistencia que se conecte, ha de utilizarse un regulador de tensión.

Existen reguladores fijos, con los que s puede obtener una tensión determinada la salida (como el 7805, 7806, 7809, 781 etc.), y reguladores variables, como el LM317, que permiten ajustar la tensión de salida (Vs) mediante una resistencia variable. 

La tensión de salida será: Vs = 1.25 (1+ ((R2 / R1 ))

Como la finalidad es obtener 5 V, habrá que utilizar un 7805. Los condensadores C2 Y C3 permiten eliminar subidas repentinas de tensión.

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DISEÑO DE FUENTE DE ALIMETACIÓN DE 20V a -20V, 5V FIJOS y 2 A.

DISEÑO DE PISTA PARA LA FUENTE

ESPECIFICACIONES TECNICAS:

LM 317

LM 337

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7805

TIP 3055 TIP2955

BC 548 BC558:

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DATOS EXPERIMENTALES:

SECCION POSITIVAUBICACION EXPERIMENTAL

VOLTAJE CORRIENTESalida del transformador

23.2 (AC)

Salida de la etapa de rectificación

44.6

Salida de la etapa de filtrado

33.4

Ingreso al regulador LM 317

32.0 0.03 A

Salida del regulador LM 317

31.5

Ajuste del regulador LM317

31.5

Entrada del TIP 3055 32.00Entrada del BC548 28.3Salida del circuito 26.5

SECCION NEGATIVASalida del transformador

-23.6 (AC)

Salida de la etapa de rectificación

- 43.6

Salida de la etapa de filtrado

- 32.4

Ingreso al regulador LM 337

- 27.5 0.03 A

Salida del regulador LM 337

- 30.5

Ajuste del regulador LM337

- 30.5

Entrada del TIP 2955 - 31.00Entrada del BC558 - 27.3Salida del circuito - 25.5 1.6 A

5 VOLTIOS FIJOSEntrada 29.8Ingreso al regulador 7805Salida del regulador 7805Salida del circuito 5 1v

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ANALISIS:

Si tomamos como voltaje de referencia para la entrada 220 Vac. Y damos un 5% de variación del voltaje, entonces vamos a tener un rango de variación de voltaje:

Si nuestro transformador tiene una relación de primario a Secundario de 10 : 1 entonces nuestros voltajes de salida fluctuaran:

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COSTOS:

Impreso:

01 Baquelita 15 x 15 S/. 5.00 02 Ácidos S/. 3.00

Circuito:

08 Resistencias ½ W S/. 0.60 02 Condensadores 4700 uf S/. 15.00 02 Potenciómetros 5K S/. 1.60 03 Led S/. 0.60 02 Resistencias de 5W S/. 1.00 01 7805 S/. 1.00 01 LM 317 S/. 1.50 01 LM 337 S/. 2.50 01 BC 548 S/. 0.30 01 BC 558 S/. 0.70 10m Cable S/.2.00 Interruptor S/. 2.00 02 Disipadores S/. 2.00 01 TIP 2955 S/. 3.00 01 TIP 3055 S/. 4.50 Transformador 20 – 0 - -20 S/. 30.00 Fusible S/. 0.50 Porta Fusible S/. 1.50

Caja:

Caja S/.18.00 Laca S/. 2.00 08 Yack Bananas S/ .3.00 Serigrafía S/.15.00 Impresión Canson S/. 5.00 Diseño en Auto Cad (serigrafía) S/. 5.00

Bastidor S/.90.00

Otros:

Repuestos S/. 20.00 Pasajes S/. 30.00 Nueva Baquelita S/. 9.00

Total: S/. 274.30

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CONCLUSIONES

Los reguladores van a tener un bajo consumo de corriente.

En las resistencias R5 y R6 va a recaer toda la corriente del circuito.

El nivel de salida de voltaje de los reguladores va a depender del potenciómetro y de su resistencia de salida.

Cuando se coloca una carga a la Salida del circuito los TIP 3055 y 2955 van a recalentar debido a la exigencia de corriente.

BIBLIOGRAFIA

http://www.unicrom.com/Tut_rectificador_onda_completa.asp

http://usuarios.lycos.es/oscargomezf/electronica/fuentealimentacion.htm

http://platea.cnice.mecd.es/~jalons3/4ESO/2elec/1elecompo.htm#14

http://electroac.com.ar/electronica.htm

Manual ECG

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INDICE

INTRODUCCION Pag. 2 OBJETIVOS Pag. 3 EL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON TRANSFORMADOR CON

DERIVACIÓN CENTRAL Pag. 4 RECTIFICACION Pag. 5 FILTRADO Pag. 7 REGULADORES DE TENSIÓN Pag. 9 DISEÑO DE FUENTE DE ALIMETACIÓN DE 20V A -20V, 5V FIJOS Y 2ª

Pag. 11 DISEÑO DE PISTA PARA LA FUENTE ESPECIFICACIONES TECNICAS Pag. 14 DATOS EXPERIMENTALES ANALISIS Pag. 15 COSTO Pag. 16 CONCLUSIONES Pag. 17 BIBLIOGRAFIA Pag. 18

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