Nombre de la materia: electrnica analogica

Nombre del profesor: Dra. Perla Yasmin Sevilla Camacho

Nombre de los integrantes del alumno :

Sergio Hernndez Cabrera

Cuatrimestre: 3 Grupo: B

Proyecto: fuente de voltaje simtrica

Fecha: 30 de Mayo del 2013.

Tuxtla Gutirrez, Chiapas, Mxico.

Universidad Politcnica de

Chiapas.

INDICE

Introduccin01

Objetivos.....01

Justificacin01

Marco teorico..03

Desarrollo04

Conclucion..17

Bibliografa..17

INTRODUCCION

En el presente documento se explicara el procedimiento detallado sobre el diseo

y armado de una fuente de voltaje simtrico de 0 a 15 volts (tanto positivos como

negativos). En dicho reporte se precisaran los clculos y adecuaciones necesarios

para la construccin de la fuente, los cuales se hicieron con el objetivo de que el

producto final cumpliera con todas las expectativas esperadas para este proyecto.

OBJETIVO

El objetivo principal del proyecto es reafirmar en base a la practica los

conocimientos adquiridos durante las clases correspondientes al primer corte de la

materia electrnica analgica.

De igual manera otro objetivo primordial es lograr como producto final una fuente

de voltaje simtrico que cumpla con todas las especificaciones de funcionamiento

requeridas para este primer proyecto del curso.

JUSTIFICACION

El xito o el fracas de este proyecto depende de que tan bien hayan quedado

fundamentados nuestros conocimientos adquiridos durante esta primera unidad

por lo tanto es precis llevar acabo la elaboracin de dicho proyecto ya que de

este dar fe de nuestro desempeo durante el curso, sin mencionar que como

ingenieros mecatronica este es uno de los proyectos mas bsico pero necesario

para nuestra formacin.

MARCO TEORICO

Generalidades de la fuente de alimentacin.

Todo circuito requiere para su funcionamiento de una fuente elctrica de energa, puesto que la corriente y voltaje que proporciona la lnea comercial no es la adecuada para que su funcionamiento sea el correcto. Un dispositivo a base de semiconductores que integran un circuito, funciona con tensiones y corrientes directas lo mas continuas posibles, as pues, la fuente de alimentacin convierte la energa de la lnea comercial en energa directa a los valore requeridos.

La fuente de alimentacin regulada para su correcto funcionamiento se constituye a base de 4 etapas de funcionamiento que en el siguiente diagrama a bloques se muestra (imagen 1).

imagen 1. etapas de rectificado de CA

funcionamiento de los dispositivos de la fuente

1.-Transformador: El voltaje de la lnea domstica se reduce de 127 Volts a un

nivel de voltaje determinado por las especificaciones de este elemento.

2.- Rectificador: Se transforma el voltaje de corriente alterna en voltaje de corriente

directa, esto lo hace dejando pasar solo los valores positivos de la onda (se

genera corriente continua), por medio de elementos diodos.

3.- Filtro: esta le da calidad a la corriente continua y suaviza el voltaje, atenuando

el rizo de nuestro voltaje por medio de los capacitores.

4.-Regulador: el voltaje ya suavizado se le da la forma lineal que utilizan los

dispositivos. Se usa un circuito integrado especial. Esta fase es la que entrega la

energa necesaria, en caso de querer regular de manera analgica se usan

elementos llamados potencimetros.

Todos estos, tienen como se puede observar, efectan funciones especficas en

su respectiva zona de la transformacin de la corriente, ya que esencialmente

esas son las partes que componen una fuente de alimentacin lineal bsicamente.

Fuente de alimentacin simtrica

Una fuente de alimentacin simtrica es un dispositivo capas de otorgar dos

valores de voltajes que pueden ser iguales o distintos en magnitud con

polaridades contrarias, es decir nos puede entregar un valor x de voltaje positivo

y de igual forma un valor y de voltaje negativo, dicha fuente tambin puede ser

regulable o fija, es decir puede variar su valor de voltaje o no.

DESARROLLO

Para empezar hay que tener en cuenta los objetivos y especificaciones que la

fuente debe cumplir, los cuales son:

Debe ser una fuente de voltaje simtrica

Debe ser regulada con un potencimetro

Debe suministrar un voltaje minimo de 0 a 15 volts tanto positivos como

negativos

Debe sumistrar una corriente de por lo menos 2 amperes

Debe tener un fusible para proteccin de la fuente

Switch de funcionamiento

Debe tener un led indicador de funcionamiento

El producto final debe tener una buena presentacin

Ahora que tenemos claros los objetivos empezaremos por disear el circuito que

dara vida a nuestra fuente, empezando por seleccionar los materiales a utilizar

para nuestro proposito. Esto lo haremos echando mano de los conocimiento ya

adquiridos durante el curso.

Transformador de voltaje de 127 volts a 30 volts (imagen 2).

imagen 2: transformador de voltaje

Optamos por comprar para nuestro proyeto un transformador de voltaje de 30 volts

a dos amperes ya que es el que mas de adecuaba a las especificiones de voltaje

minimas requeridas por los reguladores y a nuestro presupuesto.

Puente rectificador de voltaje GBPC606 (imagen 3)

imagen 3: puente rectificador de diodos

elegimos para la etapa de rectificacin de voltaje un puente rectificador modelo

GBPC606, que no es mas que un puente de diodo en un solo encapsulado. Cabe

mencionar que la razn principal de aver elegido este puente de entre toda la gran

gamas de puentes rectificadores que existen en el mercado se debe a que este es

un puente de grandes prestaciones, en las que destacan su capacidad de

corriente de hasta 6 amperes y su voltaje de hasta 600 volts, mucho mas de lo que

acuparemos en este proyecto. Esto sin mencionar que su diseo es mas

agradable a la vista.

Filtros capacitivos (imagen 4)

imagen 4: capacitor electrolitico

para esta parte fueron necesarios clculos realizados con antelacin para

determinar el valor de faradaje que nuestro filtro deveria tener para el correcto

funcionamiento de fuente.

Para realizar estos clculos encharemos mano de una formula para rectificadores

de onda completa, la cual fue vista en clase y que nos ser de gran utilidad para

determinar el valor de nuestro filtro:

Vr = Vmax / 2f * Rl * C

Donde:

Vr = voltaje de rizo

Vmax = voltaje pico mximo

f = frecuencia de la CA de entrada

Rl = resistencia de carga

C = el valor capacitivo de nuestro filtro

Aclarada la formula procederemos a determinar los valores de cada incognita para

la realizacin de los clculos.

Primero obtenemos nuestra resistencia de carga aproximada (minima) checando

las especificaciones de nuestros reguladores de voltaje que utilizaremos (los

cuales se precisaran mas adelante), encontramos que dichos reguladores

requieren de una intensidad de carga maxima para trabajar de 10 mA y un voltaje

mximo (Vin - Vout) de 40 volts. Si sabemos que la relacin entre voltaje y

amperaje nos dice que para tener un voltaje mximo nuestro intensidad tambin

tiene que serla, y que si tenemos una intensidad mxima nuestra resistencia de

carga ser minima. Por lo tanto determinamos nuestra resistencia de carga

dividiendo el valora del voltaje entre el valor de intensidad, obteniendo que nuestra

resistencia minima en nuestros reguladores sern de 4000 ohms.

Segundo tenemos que nuestro voltaje pico mximo es igual al voltaje efectivo

despus de ser rectificado el cual es 19.8132 volts; esto lo determinamos

multiplicado el voltaje rms de salida del transformador segn sus especificaciones

por la raz cuadrada de dos, para obtener sus voltaje efectivo, acto seguido le

restamos 1.4 v que son los voltajes consumidos por los dos diodos de silicio que

actan en esa lnea de rectificacin del puente de diodos, obteniendo lo siguiente:

(30 v * 2) 1.4v = 19.8132 volts

Determinado lo anterior lo de mas es considerablemente sencillo, puesto que ya

sabemos la frecuencia domestica que es de 60 hz, y el voltaje de rizo que se dese

como resultante el cual ser de 0.2 volts. Entonces ya estamos listos para

sustituirlos en nuestra ecuacin.

Sustituyendo tenemos que:

0.2v = 19.8132v / 2(60hz) * (4000homs) * C

C = 19.8132v / 96000

C = 206.3875 microFradios

Ya tenemos nuestro valor capacitivo de filtro segun nuestros calculos, pero nos

encontramos con la problemtica de que ese valor no se maneja comercialmente;

entonces que hacemos, fcil elegimos el valor comercial mas cercano a nuestro valor

obtenido mediante calculos que vendra siendo un valor capacitivo de 220 microFaradios,

cabe mencionar que dicho capacitor electroltico tiene que soportar el voltaje que emana

de nuestra fuente por lo tanto se decidio conseguir capacitores con dicho valor de

capacitancia pero con una capacidad como minimo de 50 volts.

Reguladores de voltaje (imagen 5)

imagen 5: regulador de voltaje

para este proyecto ocuparemos dos reguladores de voltaje los cuales sern el lm317 (+) y

el lm337 (-); esto debido a que necestamos que sea una fuente regulable y adems

simtrica, caractersticas que estos dos reguladores nos pueden ofrecer.

Dichos reguladores ocupan dos resistencias para regular su voltaje de salida la primera se

deniminara R1 y la segunda R2, siendo R1 una resistencia con valor fijo, la cual actua

como una especie de referencia para el regulador y R2 que ser un potencimetro que

nos servir para regular nuestro voltaje.

Para determinar el valor de estas dos resistencias se utiliza una ecuacin dada por el

fabricante, en la cual se propone a R1 y R2 se obtiene despejando la ecuacin. Pero dado

que que sabamos con antelacin que nos enfrentaramos a un problema similar al

anterior con respecto a la disponibilidad de valores comerciales de potencimetros se

obto por proponer a R2 con un potencimetro de 5 kohms, teniendo que encontrar de esa

manera solo a R1 y asegurndonos asi que el valor de nuestra resistencia y por ende de

nuestro voltaje de salida no variara mucho con respecto a los objetivos buscados en este

proyecto.

Tenemos que:

Vo = Vref ( 1+R2/R1) + Iaj * R2

Donde:

Vref = 1.25v

Iaj = 100microAmperes

R2 = 5kohms

Vo = 15v

Sustituyendo nos queda:

15v = 1.25v (1+5kohms / R1) + 100microA * 5kohms

Por lo tanto:

R1 = 6250v* / 13.25v

R1 = 471.6981 ohms

Ajustamos el valor de resistencia obtenido al valor comercial mas cercano y nos

queda R1 = 470 ohms, con esto nos aseguramos que nuestro voltaje no estar

muy lejos del buscado en nuestros objetivos y podremos regularlo de 0 a 15 volts.

Cabe mencionar que para ambos reguladores de voltaje se respetaron los valores

del condensadores de desacoplo C1 y C2, recomendados por los fabricantes los

cuales vendran siendo C1 = 0.1 microFaradio, C2 = 1 microFaradio para el

regulador LM317(+) y C1 = 10 microFaradios C2 = 1 microFaradio para el

regulador LM337(-), esto con la finalidad de evitar la osilaciones dentro del

regulador debido a la inductancia de las terminales del transformador, que se

encontrara cerca de los reguladores.

Ventilador (imagen 6)

imagen 6: ventilador

El objetivo del ventilador es proporcionar un ambiente ventilado al circuito y ayuda

a los reguladores para que tengan una buena temperatura. El ventilador consume

12 voltios y tiene una disipacin de potencia de 2.76 watts, por lo que sabemos

que su intensidad ser de 0.23 A, entonces la resistencia que este debe de tener

es:

R = V / I

R= 12V / 0.23A

R = 52.2 Ohms

Pero al usar una de ese valor el ventilador trabaja al mnimo, en este caso, use

una resistencia de 23 ohms y el ventilador trabaja a una velocidad regular. Ahora

sabemos que el ventilador tiene una potencia de 2.73 watts, entonces eso significa

que nuestra resistencia debe tener como minimo una disipacin de 3 watts, para

que esta no se sobrecaliente y se queme.

Para dicho ventilador utilizamos tambin un capacitor que servir para estabilizar

los picos del voltaje proveniente del rectificador de media onda que se

implementara para el ventilador. Esto lo hacemos utilizando la siguiente formula

para obtener un filtrado minimo del 10%.

C = 5 * I / f * Vmax

Donde:

C = capacitancia del filtro

I = intencidad demandada por el ventilador

F = frecuencia de CA de entrada

Vmax = voltaje pico mximo o voltaje efectivo

Despejando obtenemos:

C = 5 * 0.23 A / (60 hz) * ((15*2) - .7)

C = 1.15 A / 1230.8

C = 934.35 microFaradios

Igualando este valor a un valor comercial obtenemos que el filtro para el ventilador

ser de 1000 microFaradios a 50 volts (como minimo).

Con esto concluimos con la seleccin y calculo de los materiales mas relevantes

a utilizar, ahora procederemos a hacer el diagrama del circuito adecundonos a

las especificaciones anotadas con anterioridad.

Diagrama del circuito (imagen 7)

imagen 7: diagrama terminado de fuente

hemos realizado el diseo del diagrama de nuestra fuente con ayuda de un

software para simulacin obteniendo lo que se muestra en la imagen anterior,

posteriormente con ayuda del mismo software realizaremos en diseo del pcb que

utilizaremos para hacer el circuito impreso de nuestra fuente obteniendo loque se

muestra en las imgenes siguientes (imgenes 8 y 9).

imagen 8: pcb del circuito vista real

imagen 9: pcb vista para imprimir

hasta este punto todo el trabajo ha sido en referencia al diseo de la fuente,

pero ha llegado la hora de ensuciarnos un poco las manos. Entonces

procederemos a imprimir el circuito en placa fenlica y soldar todos los

componentes hasta dar por concluido la construccin de la fuente. Como podemos

observar en las siguientes imgenes (imgenes 10, 11, 12 , 13, 14 y 15).

imagen 10: circuito en placa fenlica

imagen 11: montado de componentes

imagen 12: acondicionamiento del cuerpo exterior de la fuente

imagen 13: ensemble de placa

imagen 14: circuito terminado vista interior

imagen 15: fuente terminada

CONCLUCION

La realizacin de este proyecto fue llevada acabo con xito, logrando cumplir con

todos y cada uno de los objetivos planteado para este proyecto, dicho proyecto

sirvi para solificar los conocimiento obtenidos durante esta primera parte del

curso de electrnica analogica, quedando plasmados estos conocimientos en la

realizacin exitosa del proyecto en cuestin.

BIBLIOGRAFIA

http://electronica.webcindario.com/tutoriales/fuentes10.htm http://www.monografias.com/trabajos71/fuente-regulable-voltaje/fuente-regulable-voltaje.shtml