evaluacion final 201419 2013

Docente Diseador: Jairo Luis Gutirrez Torres http://www.unad.edu.co/

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Bsicas Tecnologa e Ingeniera Ingeniera Electrnica

ACT 11: EVALUACIN FINAL

Nombre de curso: Electrnica Bsica 201419.

Temticas revisadas: Voltaje, Corriente, Rectificadores, Filtro con capacitor de

entrada, Regulador Zener, Conversin AC DC, Frecuencia, Periodo, Valor Promedio, Pico y RMS, Rizado, Simulacin de circuitos, Fuentes de alimentacin, Datasheet.

Aspectos generales: El grupo debe entregar un documento-informe, como consolidado de las tareas propuestas.

Estrategia de aprendizaje: Aprendizaje Colaborativo.

Peso evaluativo: 200 Puntos. Equivale al 40% de la nota definitiva del curso.

Cronograma de actividades:

Inicio: 02/Junio/2013 Cierre: 17/Junio/2013

Producto esperado: Informe final grupal formato .PDF

GUA DE ACTIVIDADES

LA FUENTE DE ALIMENTACIN

La mayor parte de los circuitos electrnicos prcticos trabajan a partir de un voltaje de alimentacin de CC. Este ltimo puede ser suministrado, por ejemplo, por una batera. Las bateras ofrecen varias ventajas, siendo la ms importante su naturaleza porttil. Sin embargo, existen situaciones en las cuales el uso de bateras puede resultar muy costoso. En estos casos, debe recurrirse al uso de fuentes 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:

Voltaje ACCircuito

RectificadorFiltro con Capacitor

Regulador de voltaje

Carga

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El voltaje de AC de entrada, proveniente de la red pblica, se aplica a un transformador, el cual se encarga de reducir su valor, por ejemplo, de 120VAC a 20VAC para adaptarlo a las necesidades de la carga.

El voltaje de AC, obtenido en el devanado secundario o de salida del transformador, alimenta entonces un circuito rectificador, el cual se encarga de convertirlo 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 voltaje de CC uniforme, Esta funcin la hace un filtro, conformado generalmente por uno o ms condensadores.

El voltaje de salida del filtro puede aplicarse a la carga en forma directa o a travs de un regulador Zener. Este ltimo es un circuito electrnico que se encarga de mantener constante el voltaje sobre la carga, independientemente de las variaciones en el voltaje de entrada o de la corriente demandada por la carga. Las fuentes provistas de regulador se denominan fuentes reguladas.

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

Suponga que trabaja para una compaa que disea, prueba, fabrica y comercializa 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) una fuente de alimentacin rectificada por puente de diodos y regulada por diodo Zener con base en el conocimiento que ha adquirido hasta ahora.

La Fuente de Alimentacin debe satisfacer las siguientes especificaciones:

Corriente de carga sin regular (Max): 50mA

Corriente de carga regulada: 20mA

Voltaje de salida regulado 4.7V CC

Nota: Tenga en cuenta que en PSpice no se cuenta con el transformador por esta razn utilice el smbolo VSIN, asumindolo como el devanado secundario (Vsec) y este entrega un valor de 20VAC Pico a una frecuencia de 60Hz.

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FASE 1 RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA TIPO PUENTE

Conociendo que el voltaje del devanado secundario es de 20VAC Pico se inicia el diseo del circuito rectificador de onda completa tipo puente. Dada las Formulas Relacionadas al Rectificador de Onda Completa tipo puente: Vrms = VP / 2 PIV = VP (Sal) + 0.7V Vrms = VP x 0.707

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

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 voltmetro

digital comn?

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

1.4 Es la siguiente afirmacin falsa o verdadera?

La frecuencia de la onda de salida en un rectificador de onda completa tipo

puente es la mitad del valor de la entrada

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FASE 2 FILTRADO CON CAPACITOR

En esta etapa del diseo se debe encontrar el mnimo valor del condensador que se debe colocar en paralelo con la salida del circuito rectificador para lograr el filtrado 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.

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

2.1 Teniendo en cuenta la informacin anterior y recordando que la mxima corriente que debe manejar nuestra fuente es 50mA. Encuentre el valor del condensador para lograr una tensin de rizado de 0.3 VPP.

C

2.2 El condensador se carga aproximadamente al valor pico de la salida del

rectificador tipo puente VP (Sal) teniendo el valor de la corriente 50mA por ley de Ohm se conoce valor de Rc y de este modo se logra calcular un valor aproximado de la constante de tiempo Rc C complete la siguiente tabla:

T TC

2.3 Se cumple la condicin de que TC debe ser al menos 10 veces mayor a T?

Si No

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FASE 3 REGULADOR ZENER

En este punto del diseo de la fuente alimentacin regulada se debe elegir un diodo Zener cuyo valor de Voltaje Zener sea aprox al valor de tensin que se desea mantener constante a la carga en este caso 4.7V CC a 20mA.

Dadas las Formulas: Pz = VzIz

Izmx = Pz / Vz

Izmn = Izmx 0,15

RSmn = (VS VZ) / Izmx

RSmx = (VS - VZ) / (Izmn + IRL)

RS = (RSmn + RSmx) / 2

RSmn

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FASE 4 SIMULACIN DEL CIRCUITO

Finalmente se debe construir en el Simulador Pspice Student 9.1 el circuito de la fuente de de alimentacin regulada utilizando los valores para cada componente antes calculados.

4.1 Grafique los voltajes como se indica en el circuito mostrado en la siguiente

figura:

(Debe anexar pantallazo de la grafica que arroja la simulacin)

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

(Debe anexar pantallazo de la grafica que arroja la simulacin)

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FASE 5 FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE CON ARREGLO DE TRANSISTORES

Una fuente de voltaje puede ser regulada pero tambin se puede lograr disear para que se pueda variar el voltaje de salida dependiendo de lo requerido por la carga a conectar.

Suponga que su segunda asignacin en la compaa es probar el siguiente circuito:

5.1 Usando el valor de C anteriormente calculado, simule el circuito propuesto y

complete la siguiente tabla para los valores sugeridos de R3

VR7 para R3=500

VR7 para R3=1K

VR7 para R3=3K

VR7 para R3=5K

VR7 para R3=8K

5.2 cul es el rango de voltaje variable de la fuente.

ESPECIFICACIONES DEL DOCUMENTO FINAL: Nombre del Archivo a subir: 201419_# de Grupo.pdf y debe subirse (adjuntarse) en el foro: ENTREGA FINAL. Documento escrito: 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 archivo final: El tamao NO debe superar los 2MB.