practica fuente imp

7/31/2019 Practica Fuente Imp

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DEBIOTECNOLOGÍA

BIOINSTRUMENTACION I

PRACTICA NO. 7

PROFESOR

CHAIREZ ORIA JORGE ISSAC

EQUIPO:

BASURTO ARELLANO CLAUDIA

BOJORQUEZ FLORES PAMELA

MARTÍNEZ MONTES ARGELIA LIZET

GRUPO:

6MV3



OBJETIVOS.

Generales.

Diseñar un generador de pulsos cuadrados con frecuencia variable.

Construir una fuente de voltaje controlada por frecuencia monopolar paralas relaciones N1:N1 Y 3N1:N1 de los devanados de la bobinas toroidales.

Construir una fuente flotante bipolar

Específicos.

Comparar el funcionamiento de fuente de voltaje controlada por frecuencia

para las dos bobinas antes construidas.

Comprobar el funcionamiento de la fuente de voltaje controlada por

corriente bipolar.

METODOLOGÍA.

Meta 1. Diseñar el generador de pulsos cuadrados con frecuencia variables

Utilizando un oscilador TLC555 CMOS, haremos el cálculo para diseñar un

generador de pulsos de onda cuadrada, que tendrá como objetivo alimentar al

transformador y modificar la frecuencia del circuito. El diagrama del circuito es el

mostrado en la Fig. 1

Fig. 1 Diagrama general de conexiones del oscilador TLC555

Según la hoja de especificaciones tenemos las siguientes ecuaciones:

() ()

Si proponemos un capacitor de 1uF y una RA de 1KΩ



Tendremos:

() ( )

El valor de RB lo iremos variando para que varie la frecuencia del oscilador

conforme el valor de la resistencia.

Si ponemos un potenciómetro de 100 KΩ, tendremos un valor cuando RB sea

igual a 1Ω y cuando RB sea igual a 100 KΩ. Calculando los valores para la frecuencia:

Sustituyendo RB=1 Ω

Sustituyendo RB=100KΩ

Meta 2. Construcción de los transformadores en relación N1:N1 y 3N1:N1

Los núcleos de ferrita tienen una alta permeabilidad magnética, lo cual les

permite almacenar campos magnéticos con más fuerza que el hierro.

El diseño N1:N1 debe manejar un número de vueltas iguales para cada lado

generalmente suelen darse de 12-20 vueltas de alambre magneto por cada lado. En

este caso decidimos dar 16 vueltas. Estas se darán de manera en que el cable quede

encimado para evitar pérdidas de energía y debemos asegurarnos de que el alambre

magneto en cada vuelta quede con la suficiente fuerza para que no haya

desplazamiento de este en cada devanado.

Debemos procurar que las puntas de inicio y de final de devanado estén en el

mismo lado, como se muestra en la Fig.2



Fig.3 diseño del transformador N1:N1

Mientras que para el diseño N1:3N1 el número de vueltas para el devanado

primario es de 16 y el número de vueltas para el devanado secundario es 3 veces el

del devanado primario, es decir que tendrá:

48 vueltas para el devanado secundario, para este diseño consideraremos las

características mencionadas en el diseño N1:N1 en cuanto a construcción.

Meta 2. Prueba 1

En esta parte construiremos el circuito de la Fig.2 que será el básico para la

alimentación del transformador y así poder realizar las pruebas correspondientes en

cuanto a la frecuencia de resonancia.

Fig.4 Circuito básico de alimentación del transformador.

COMPONENTES A UTILIZAR

Transistor MOSFET canal N IRF640

Resistencias R1= 1KΩ

Generador de funciones Onda cuadrada 5Vpp

Transformador N1:N1

Fuente de voltaje 12 vTabla 1. Componentes para el circuito básico de alimentación del transformador.

La construcción del circuito se llevo a cabo con los componentes mostrados

en la Tabla 1.



Realizando el cálculo del porcentaje de error para el componente pasivo

mostrado en la Tabla 2:

Componente Valor nominal Valor real %Error

R1 1KΩ 996Ω 0.04Tabla 2. %Error de los componentes pasivos en el circuito básico de alimentación del

transformador. El valor obtenido en él % Error esta dentro del parámetro permitido de +/- 5%

La prueba 1 que realizaremos consiste en agregar una resistencia de 10KΩ en

paralelo al transformador en las puntas donde mediremos la salida y observaremos

y registraremos la misma, como se muestra en la Fig. 3. A partir de este punto

empezaremos a variar la frecuencia entregada por el generador de funciones para

encontrar la frecuencia de resonancia. En la Fig.4 se muestra el armado total del

circuito hasta este momento, es decir el circuito de alimentación básica y el circuito

de medición de salida.

Fig. 5 Circuito para la medición de la salida

Fig.6 Circuito de alimentación básica y circuito de salida

Cálculo del % Error para R2:


R2 10KΩ 9.86KΩ 1.4Tabla 3. %Error para R2. El valor obtenido en él % Error esta dentro del parámetro permitido

de +/- 5%

Meta 4. Prueba 2

Ya obteniendo la primera frecuencia de resonancia, procederemos aconectar un capacitor en paralelo a la resistencia que ya tenemos a la salida del

R2



transformador de 220 nF como se muestra en la fig. 5, ajustaremos la frecuencia de

resonancia hasta encontrar la máxima. Mediremos la señal de salida.

Fig.7 Circuito de la Prueba 2

Cálculo del % Error para C1:Componente Valor nominal Valor real %Error

C1 220 nF 230 nF 4.54Tabla 4. %Error para C2. El valor obtenido en él % Error esta dentro del parámetro permitido

de +/- 5%

Meta 5. Rectificación de la señal

Modificaremos el circuito de salida de tal mañera la señal de salida obtenida

a la máxima frecuencia de resonancia se mostrara como un voltaje en corriente

continua. Para esto agregaremos al circuito de salida un diodo 1N4007 quefuncionara como recortador de media onda negativa y un capacitor de 33uF que

mantendrá el voltaje máximo (Fig. 8).

Fig.8 Circuito total con rectificación de la salida

Cálculo del % Error para C2:


C2 33 uF 32 nF 3.03Tabla 5. %Error para C2. El valor obtenido en él % Error esta dentro del parámetro permitido

de +/- 5%



Meta 6. Repetir los mismos procedimientos de la meta 3,4 y 5 para el

transformador N1:3N1

Meta 7. Diseño y armado de la fuente flotada bipolar

Para este circuito tenemos el siguiente diseño

Fig 9. Diseño de la fuente bipolar

COMPONENTES A UTILIZAR

Regulador 7809 IRF640

Regulador 7909 R1= 1KΩ

Capacitores C1 & C2 = 470nFC3&c4= 33uF

Diodos 1N4148Tabla 6 . Componentes a utilizar para la fuente bipolar

RESULTADOS Y ANALISIS

Meta 1. Diseñar el generador de pulsos cuadrados con frecuencia variables

Se diseño y se armo el circuito, se probo pero era muy inestable, teníamos

que cambiar los valores de la resistencia y del capacitor para cada frecuencia y para

que tuviera tiempos de 50% en tiempo en alto y bajo. Esto nos tomo tiempo y se

opto por usar el generador de funciones para realizar las pruebas.

Meta 2. Construcción de los transformadores en relación N1:N1 y 3N1:N1

Se construyeron deacuerdo a las indicaciones y tomando en cuenta las

consideraciones planteadas , fue un poco tardada su construcción debido a que era

un poco complicado enrollar el alambre magneto sin que se desplazara a los lados.

Se les coloco un trozo de cinta de aislar para fijar el alambre considerando que esta

podría afectar un poco la efectividad del transformador. En la Fig. 10 se muestra el

transformador N1:N1.



Fig. 10. Transformador N1:N1.

Para la construcción del transformador N1:3N1 se le darían 48 vueltas de

alambre magneto, sin embargo el material no nos fue suficiente y solo los

construimos de 45 vueltas de alambre magneto. El transformador N1:3N1 se

muestra en la Fig. 8

Fig. 11. Transformador N1:3N1.

Meta 3 & Meta 4. Prueba 1 y Prueba 2

Al conectar la resistencia R1 que era de carga se observo una onda senoidal

con mucha inestabilidad, modificando los valores de frecuencia en el generador

obtuvimos una primera frecuencia de resonancia (FR). Al momento de añadirle al

circuito un capacitor la señal se limpiaba mucho mas, cada vez que este aumentaba

su valor en este caso la FR bajaba.

Las figuras fig. 13 & Fig.14 nos muestran la señal senoidal obtenida con una

señal de frecuencia de 40 KHz con amplitud de 5 Vpp en el generador de funciones

como se muestra en la Fig. 12. Esto al poner un capacitor de valor de 220nF.



Fig. 12. Valores del Generador de Funciones con los que se obtuvo la señal de la Fig. 13.

Fig. 13. Señal obtenida representando la Frecuencia de Resonancia

Figura 14. Medidas de la señal obtenida

Posteriormente hicimos una prueba adicional en la que cambiamos el valor

del capacitor a un valor de 470 nF, se obtuvo lo siguiente Fig.16 & Fig.17, de igual

manera tuvimos que modificar la frecuencia de resonancia como se muestra en la

Fig. 15:



Fig. 15. Frecuencia y amplitud de la señal de entrada

En este cambio de capacitores la Frecuencia de Resonancia bajo a 37.5 KHz.

Fig.16 Señal obtenida representando la Frecuencia de Resonancia

Figura 17. Medidas de la señal obtenida



Meta 5 Rectificación de la señal

Después de hacer pasar la señal por el diodo y un segundo capacitor,

obtuvimos el cambio a CD. En la Fig. 18. podemos ver el armado del circuito final.

Fig. 18. Armado del circuito final: A) Transformador N1:N1; B)capacitor de 240nF; C) R1=1 KΩ;

D)R2=10KΩ;E) Diodo 1N4007; F)Capacitor de 33uf.

Obteniendo como vemos en la Fig. 19, un voltaje de 4.83 V, como ya vimos a

una frecuencia de 37.5 KHz.

Fig.19 Señal en CD

A

BD C

EF



Fig. 20 Imagen de las medidas obtenidas de la Fig. 18.

Meta 6 Repetir los mismos procedimientos de la meta 3,4 y 5 para el

transformador N1:3N1.

Para esta sección de la práctica solo cambiamos el transformador y

ajustamos la frecuencia de resonancia a 31 KHz 5Vpp como se muestra en la Fig. 21.

Fig.21. Frecuencia de Resonancia para el transformador N1:3N1

Obteniendo como resultado la señal de la Fig.22. Que tiene un valor de 50.8

Vpp.



Fig.22. Señal obtenida con transformador N1:3N1

Al recortar la media onda negativa de la señal obtenemos un voltaje de

25.4V.

Meta 7. Diseño y armado de la fuente flotada bipolar

Los siguientes resultados obtenidos, fueron al usar el embobinado N1-N3.

La Fig. 23, nos muestra la señal obtenida al buscar la Frecuencia de Resonancia, con

valores de capacitores de 1000 µF (Fig.25), mientras que la Fig. 24 muestra la

frecuencia de resonancia.

Fig.23. Señal obtenida con una frecuencia de Resonancia de 23 KHz



Figura .24. Frecuencia de Resonancia

Fig. 25. Capacitores con valor de 1000 µF

Se cambiaron los capacitores a un valor de 2.22 uF, obteniendo una mejor señal y

libre de ruido. Cambiando su Frecuencia de Resonancia a 18KHz. La Fig.26 muestra

el circuito armado al cambiar a los nuevos valores de capacitores.

Fig. 26 armado del circuito con capacitores de a) 2.22 uF.

a)



La Fig. 27 Muestra la señal a la Frecuencia de Resonancia elegida de 18 KHz.

Fig.27 Señal de resonancia a 18 KHz

A 18 KHz nos otorga un valor de voltaje de 29.8 Vpp. Como se muestra en la Fig.28

Fig. 28 Voltaje de resonancia

Con C1& C2 de 2.22 uF y con C3 &C 4 DE 33 uF, se obtiene para la parte positiva de la

señal aproximadamente 2 V en CD. Como se muestra en la Fig. 29.



Fig. 29 Voltaje Directo después de rectificar la parte positiva

Mientras que para la parte negativa de la señal ya rectificada obtenemos un valor de

-4 V en CD como se muestra en la Fig. 30.

Fig. 30 Voltaje Directo obtenido después de rectificar la parte negativa

Podemos notar que los valores diferentes, esto es debido a que todos los

capacitores no son del mismo valor y por lo tanto la tierra creada artificialmente no

está del todo fija, pero fueron los mejores resultados obtenidos ya que al poner

capacitores de la misma capacitancia en ocasiones el valor ya no nos daba una señal

rectificada, se pudieron haber obtenido mejores resultados de haber hecho más

pruebas con diferentes valores de capacitancia y poder elegir los correctos.



CONCLUSIONES

Basurto Arellano Claudia

Pudimos observar cómo se comporta el voltaje a diferentes frecuencias en

un transformador de núcleo de ferrita y encontramos las frecuencias de resonanciamáximas para diferentes valores de capacitores y de esta manera pudimos

manipular el voltaje para poder hacer una fuente flotada, esta nos sirve como

fuente ISO para el aislamiento en equipos biomédicos y para la protección al

paciente.

Podemos comparar el voltaje obtenido entre transformadores N1:N1 Y

N1:3N1. El voltaje obtenido por el transformador N1:3N1 es mucho mayor al N1:N1.

Bojorquez Flores Pamela

En esta práctica observamos, como se puede crear una fuente de Voltaje a

partir de un oscilador, el cual va a sustituir a la señal ya conocida de 60 Hz de la CA.

Observando que la frecuencia de Resonancia buscada depende mucho del numero

de vueltas presentes en las bobinas y de los valores de capacitores en el circuito.

La importancia de usar estas fuentes en un equipo médico, nos ayuda mucho a

separar las tierras conectadas a los circuitos que van directamente al paciente, de

los que después de la obtención del biopotencial solo ayudaran a limpiar o procesar

la señal ya obtenida.

Es claro que debe ser diseñada y construida con el mayor cuidado, para no llegar a

tener corrientes de fuga principalmente por el mal embobinado.

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