d.e.- informe, proyecto final
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA,
ELÉCTRICA Y TELECOMUNICACIONES
APELLIDOS Y NOMBRES MATRÍCULA
OBREGÓN TINOCO JULIO A.
CASTRO CÁRDENAS LUIS A.
YACILA VILCA BENNY
12190105
12190004
12190035
CURSO TEMA
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
(LABORATORIO)
FUENTE REGULADA DE VOLTAJE
VARIABLE
INFORME FECHAS NOTA
ESPECIAL
REALIZACIÓN ENTREGA
08/07/13 15/07/13
GRUPO PROFESOR
GRUPO 6
LUNES 2 – 4 PM. ING. LUIS PARETTO QUISPE
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS – ING. LUIS PARETTO
INFORME ESPECIAL, 2013-I Pág. 2
FUENTE REGULADA DE VOLTAJE VARIABLE
I. OBJETIVOS
El objetivo del presente trabajo es identificar, aplicar y conocer los diferentes componentes
y/o dispositivos electrónicos utilizados en las diferentes experiencias realizadas en el
laboratorio del curso de dispositivos electrónicos.
El principal objetivo es comprender, explicar e interpretar el funcionamiento de una fuente de
corriente de voltaje ajustable teniendo en consideración sus partes (transformador, diodos,
resistencias, condensadores, placas, etc.).
II. MARCO TEÓRICO
En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensión alterna de
la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los
distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora,
router, etc.).
Clasificación
Las fuentes de alimentación, para dispositivos electrónicos, pueden clasificarse básicamente
como fuentes de alimentación lineal y conmutada. Las lineales tienen un diseño relativamente
simple, que puede llegar a ser más complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar,
sin embargo su regulación de tensión es poco eficiente; una fuente conmutada, de la misma
potencia que una lineal, será más pequeña y normalmente más eficiente pero será más complejo
y por tanto más susceptible a imperfecciones.
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN
Básicamente, una fuente de tensión consta de 4 partes:
1. El Transformador
2. Circuito Rectificador
3. Filtro
4. Regulador
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1. EL TRANSFORMADOR:
Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la
tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que
ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se
obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas,
dependiendo de su diseño, tamaño, etc.
Los transformadores son dispositivos basados en
el fenómeno de la inducción electromagnética y
están constituidos, en su forma más simple, por
dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado
de hierro dulce o hierro silicio.
Las bobinas o devanados se denominan
primarios y secundarios según correspondan a la
entrada o salida del sistema en cuestión,
respectivamente.
Funcionamiento
Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de
intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo
de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción
electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado
secundario.
La razón de transformación del voltaje entre el bobinado primario y el secundario depende de
los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple
del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.
Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el
transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto
Joule y se minimiza el costo de los conductores.
Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al
aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el
secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación
entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de
vueltas del transformador o relación de transformación.
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2. RECTIFICADOR
Es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto
se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sea semiconductores de estado sólido, válvulas al
vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.
Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un
interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales, dependiendo de las
características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en
monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se
alimentan por tres fases.
El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto le entra tensión alterna y
tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo:
La tensión Vi es alterna y senoidal, esto quiere decir que a veces es positiva y otras negativa. En
un osciloscopio veríamos esto:
La tensión máxima a la que llega Vi se le llama tensión de pico y en la gráfica figura como Vmax.
La tensión de pico no es lo mismo que la tensión eficaz pero están relacionadas, por ejemplo, si
compramos un transformador de 6 voltios son 6 voltios eficaces, estamos hablando de Vi. Pero
la tensión de pico Vmax vendrá dada por la ecuación:
Vmax = Vi * 1,4142 = 6 * 1,4142 = 8,48 V
Rectificador en puente
El rectificador más usado es el llamado rectificador en puente, su esquema es el siguiente:
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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 tensión de
entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva.
El resultado es el siguiente:
Vemos en la figura que todavía no hemos conseguido una tensión de salida demasiado estable, por
ello, será necesario filtrarla después.
Es tan común usar este tipo de rectificadores que se venden ya preparados los cuatro diodos en un
solo componente. Suele ser recomendable usar estos puentes rectificadores, ocupan menos que
poner los cuatro diodos y para corrientes grandes vienen ya preparados para ser montados en un
radiador.
Este es el aspecto de la mayoría de ellos:
Tienen cuatro terminales, dos para la entrada en alterna del transformador, uno la salida positiva y
otro la negativa o masa. Las marcas en el encapsulado suelen ser:
~ Para las entradas en alterna
+ Para la salida positiva
- Para la salida negativa.
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3. FILTRO
La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de
salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de
nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos
electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería.
Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.
El tipo más común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los casos
perfectamente válido. Sin embargo en algunos casos puede no ser suficiente y tendremos que
echar mano de algunos componentes adicionales.
Filtro con condensador a la entrada:
Este es el filtro mas común y seguro que lo conocerás, basta con añadir un condensador en
paralelo con la carga (RL), de esta forma:
Todo lo que digamos en este apartado será aplicable también en el caso de usar el filtro en un
rectificador en puente.
Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensión de pico Vmax. Una vez rebasado
el pico positivo el condensador se abre. ¿Por que? debido a que el condensador tiene una
tensión Vmax entre sus extremos, como la tensión en el secundario del transformador es un
poco menor que Vmax el cátodo del diodo esta a mas tensión que el ánodo. Con el diodo ahora
abierto el condensador se descarga a través de la carga. Durante este tiempo que el diodo no
conduce el condensador tiene que "mantener el tipo" y hacer que la tensión en la carga no baje
de Vmax. Esto es prácticamente imposible ya que al descargarse un condensador se reduce la
tensión en sus extremos.
Cuando la tensión de la fuente alcanza de nuevo su pico el diodo conduce brevemente
recargando el condensador a la tensión de pico. En otras palabras, la tensión del condensador es
aproximadamente igual a la tensión de pico del secundario del transformador (hay que tener en
cuenta la caída en el diodo). La tensión Vo quedará de la siguiente forma:
La tensión en la carga es ahora casi una tensión ideal. Solo nos queda un pequeño rizado
originado por la carga y descarga del condensador. Para reducir este rizado podemos optar por
construir un rectificador en puente: el condensador se cargaría el doble de veces en el mismo
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intervalo teniendo así menos tiempo para descargarse, en consecuencia el rizado es menor y la
tensión de salida es más 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 conducción
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).
Efecto del condensador en la conducción del diodo:
Como venimos diciendo hasta ahora, el diodo solo conduce cuando el condensador se carga. Cuando
el condensador se carga aumenta la tensión en la salida, y cuando se descarga disminuye, por ello
podemos distinguir perfectamente en el gráfico cuando el diodo conduce y cuando no. En la
siguiente figura se ha representado la corriente que circula por el diodo, que es la misma que circula
por el transformador:
La corriente por el diodo es a pulsos, aquí mostrados como rectángulos para simplificar. Los pulsos
tienen que aportar suficiente carga al condensador para que pueda mantener la corriente de salida
constante durante la no conducción del diodo. Esto quiere decir que el diodo tiene que conducir "de
vez" todo lo que no puede conducir durante el resto del ciclo. Es muy normal, entonces, que
tengamos una fuente de 1 Amperio y esos pulsos lleguen hasta 10 Amperios o más. Esto no quiere
decir que tengamos que poner un diodo de 10 amperios, un 1N4001 aguanta 1 amperio de corriente
media y pulsos de hasta 30 amperios.
Si ponemos un condensador mayor reducimos el rizado, pero al hacer esto también reducimos el
tiempo de conducción del diodo, Como la corriente media que pasa por los diodos será la misma (e
igual a la corriente de carga) los pulsos de corriente se hacen mayores:
Y esto no solo afecta al diodo, al transformador también, ya que a medida que los pulsos de corriente
se hacen más estrechos (y más altos a su vez) la corriente eficaz aumenta. Si nos pasamos con el
condensador podríamos encontrarnos con que tenemos un transformador de 0,5 A y no podemos
suministrar mas de 0,2 A a la carga (por poner un ejemplo).
Si se quiere conseguir un rizado del 7% puedes multiplicar el resultado anterior por 1,4, y si quieres
un rizado menor resulta más recomendable que uses otro tipo de filtro o pongas un estabilizador.
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4. EL REGULADOR
Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar
una tensión de salida de la tensión exacta que queramos.
En esta sección nos centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que
son los más sencillos y baratos que hay, en la mayoría de los casos son la mejor opción.
Este es el esquema de una fuente de alimentación regulada con uno de estos reguladores:
Es muy común encontrarse con reguladores que reducen el rizado en 10000 veces (80 dB), esto
significa que si usas la regla del 10% el rizado de salida será del 0.001%, es decir, inapreciable.
Las ideas básicas de funcionamiento de un regulador de este tipo son:
La tensión entre los terminales Vout y GND es de un valor fijo, no variable, que dependerá
del modelo de regulador que se utilice.
La corriente que entra o sale por el terminal GND es prácticamente nula y no se tiene en
cuenta para analizar el circuito de forma aproximada. Funciona simplemente como
referencia para el regulador.
La tensión de entrada Vin deberá ser siempre unos 2 o 3 V superior a la de Vout para
asegurarnos el correcto funcionamiento.
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III. MATERIAL UTILIZADO
Protoboard
Transformador 0-30 Volts 1.0 Amper
U1= Integrado LM317T
Q1= Transistor NPN BC548
Puente rectificador (W08G) = 4 Diodos (1N5399)
LED1 = 1 Diodo Emisor de Luz Verde
LED2 = 1 Diodo Emisor de Luz Rojo
D5 = 1 Diodo switch 1N4148
D7 = 1 Diodo de 2 Amperios (1N5399)
D8 = 1 Diodo de 2 Amperios (1N5399)
R1 = Resistencia de 5KΩ, ¼ Watts
R2 = Resistencia de 1.8KΩ ¼ Watts
R3 = Resistencia de 0.56Ω, 5 Watts
P1 = Potenciómetro de 5KΩ
P2 = Potenciómetro de 1KΩ
R5 = Resistencia de 220Ω ¼ Watts
R6 = Resistencia de 2.2KΩ 1 Watts
C1= Condensador de 4700uF
C2= Condensador de 10uF
C3= Condensador de 100nf
Disipador de calor de aluminio para el integrado LM317T
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Descripción de los materiales utilizados
Transformador
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica
alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro
nivel de tensión, por medio de la acción de un campo magnético.
Está constituido por dos o más bobinas de material conductor,
aisladas entre sí eléctricamente, enrolladas alrededor de un mismo
núcleo de material ferro magnético.
Potenciómetro
Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es
variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la
intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en
paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.
Condensador Electrolítico
Un condensador electrolítico es un tipo de condensador que usa un
líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más
capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son
valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja
frecuencia.
Condensadores Cerámicos
Son los que tienen un mayor rango de valores de su constante dieléctrica,
pudiendo llegar a un valor de 50000 veces superior a la del vacío. Se basan
en varias mezclas de óxido de titanio y zirconio, dan un rango amplísimo
de constantes dieléctricas.
Resistencia
Una resistencia o resistor es un elemento que causa oposición al paso
de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia
de tensión (un voltaje).
Diodo rectificador 1N4001
Un diodo rectificador es uno de los dispositivos de la familia de los
diodos más sencillos. El nombre diodo rectificador” procede de su
aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal
de corriente alterna.
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Transistor NPN BC548
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que
cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o
rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de
transfer resistor ("resistencia de transferencia").
Integrado LM317T
El LM317 es un regulador de tensión ajustable de tres terminales capaz de
suministrar más de 1,5 A en un rango de entre 1,2 hasta 37Voltios. Es uno
de los primeros reguladores ajustables de la historia, el primero que salió
fue el LM117, y más tarde el LM137 el cual tenía una salida negativa,
después le siguió el LM317 siendo notablemente popular.
Diodo 1N4148
El diodo 1N4148 es un rápido, pequeño diodo de silicio estándar de señal con
alta conductividad usado en el procesamiento de la señal. Su nombre sigue
la nomenclatura JEDEC.
El diodo 1N4148 está generalmente disponible en un paquete de vidrio Do-
35 y es muy útil a altas frecuencias con un tiempo de recuperación inversa de
no más de 4ns.
Esta rectificación permisos y detección de señales de radiofrecuencia de
manera muy eficaz, siempre y cuando su amplitud está por encima del
umbral de conducción hacia adelante de silicio (en torno a 0.7V) o diodo la
está sesgada.
Diodo LED
El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero
que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz.
Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual
fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo,
entre otros.
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IV. DIAGRAMA DEL CIRCUITO
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MONTAJE DEL CIRCUITO:
CUADRO DE VOLTAJES:
CUADRO DE VOLTAJES
Vs 15.25 VCA.
Vc 19.44 VCC.
VQ 17.95 VCC.
V0
Mín. 1.28 VCC.
Máx. fino 7.40 VCC.
Máx. Total 18.09 VCC.
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V. CONCLUSIONES
Una fuente de corriente es una aplicación y disposición de varios componentes electrónicos
como diodos, resistencias, transistores, transformador, etc.
Es un buen proyecto, de inicio, ya que se puede corroborar todo lo aprendido en el
laboratorio, características de la componente y el manejo de la instrumentación electrónica.
En la elaboración de esta fuente aprendimos que no hay que tomar decisiones precipitadas,
debemos contar con más información antes de usar cada componente para no dañarlo.
VI. RECOMENDACIONES
Verificar el correcto funcionamiento de cada uno de los componentes antes de manipularlos.
Para el ensamblaje de una fuente de corriente se tiene que tener en cuenta las polaridades
de los componentes (diodos, transistores), consulte la guía de los componentes, y realizar las
conexiones de tal forma que se eviten contactos no deseados.
Antes de conectar la entrada, verificar el correcto montaje según el diagrama (continuidad).
Tomar precauciones y las medidas de seguridad del caso, debido a que trabajaremos con la
conexión de 220 V.
En caso que no opere correctamente el circuito, desconectar la entrada y revisar las
conexiones (diagrama) y las posibles causas de error.
VII. BIBLIOGRAFÍA:
ELECTRÓNICA: Teoría de circuitos y Dispositivos Electrónicos, Boylestad Nashelsky
Circuitos Eléctricos I (5° Edición), Dorf – Svoboda. Alfaomega.
www.ciao.es/Fuentes_de_alimentacion_273596_3
www.hispazone.com/conttuto.asp?IdTutorial=98