pre-informe lab ele 2

Laboratorio de Electrónica. – 543 243 Experiencia N°2

INTRODUCCIÓN

Mediante el desarrollo de las actividades de este laboratorio, se busca conocer tanto experimental como computacionalmente (mediante simulación) el diseño y la implementación de una fuente de poder DC regulada con un diodo Zener, en el cual se utiliza el transformador con tap central de 220V/6V-0V-6V/500mA, conectado en el primario a 220 [Vrms] y el secundario a 2 diodos 1N4007 que rectificara la onda, luego se conecta en paralelo un condensador, que se utiliza para filtrar la señal de salida del rectificador. Luego se añade una resistencia limitadora para así no sobrepasar los valores de tensión del diodo Zener y para que este último regule la señal de salida según su tensión de operación Vz obteniendo una fuente de tensión regulada. Esta fuente alimentara una carga puramente resistiva, la cual tendrá un valor que cumpla la corriente de carga máxima para cada actividad. Además se debe implementar un circuito que indique cuando la fuente de poder este energizada con la ayuda de un diodo LED el cual emitirá una señal luminosa para evitar accidentes.

D.I.E. – UdeC. Pág. 1


LABORATORIO Nº 2

FUENTE DE PODER REGULADA POR UN DIODO ZENER.

OBJETIVOS:

a) Diseñar y estudiar las características de un rectificador de onda completa. Medir tensiones, corrientes y formas de onda relevantes para cargas resistivas puras.

b) Evaluar la modificación del factor de ripple de voltaje de una fuente de poder básica, por inserción de un filtro capacitivo y por la variación de la corriente de carga.

c) Diseñar, simular y ensayar una fuente de poder regulada mediante un diodo Zener. Obtener la curva de regulación de una fuente de poder con filtro capacitivo.

ACTIVIDAD N° 1

Implementar una fuente de poder no regulada utilizando un transformador de aislación 220V/6V-0V-6V/500mA, un circuito rectificador de onda completa con diodos 1N4007 y una carga resistiva pura, con una corriente de carga máxima 170 [mA]. Utilice un diodo LED para generar una señal luminosa que indique cuando la fuente de poder esta energizada.

ACTIVIDAD N° 2

Visualizar las formas de onda en cada componente (Fig.1: señales 2 y 3) y obtener la curva de regulación de carga. Tabular voltajes y corrientes AC, DC, y el voltaje de ripple en la salida.

ACTIVIDAD N° 3

Para una corriente de 150 [mA], insertar en paralelo a la carga un condensador de 470μF/50V. Visualizar las formas de onda (Fig.1: señales 2 - 4). Tabule los datos registrados. Repetir para un condensador de 1000 μ/50.

ACTIVIDAD N° 4

Utilizando una fuente de poder no regulada con un voltaje de ripple de salida menor al 10%, diseñar y montar una fuente de tensión regulada utilizando un diodo Zener 1N4732 (4.7V/1W) para una corriente máxima de carga de 120 mA. Visualice las formas de ondas en cada etapa del circuito (Fig.1: señales 2 - 5).

ACTIVIDAD N° 5

Repita las mediciones y tabule los datos. Recuerde no desconectar la resistencia de carga si el circuito está energizado, ya que el diodo Zener podría dañarse si los cálculos para la resistencia limitadora (Ri) no fuesen correctos.



Carga

Transformador Rectificador Filtro Regulador

Red Eléctrica

1 2 3 4 5

Figura 1. Diagrama en bloques de la F de P regulada con un diodo Zener.

Notas importantes

1. Aproximar valores obtenidos en el diseño de los componentes, a los valores estándares disponibles en el Pañol.

2. Cuidar que las potencias disipadas en los elementos de circuitos y dispositivos, no excedan los valores especificados por los fabricantes.

3. Usar instrumentos y herramientas adecuadas a la situación en desarrollo. 4. No aplicar energía al circuito antes de ser revisado por el Profesor.

DESARROLLOD.I.E. – UdeC. Pág. 3


ACTIVIDAD N° 1

Implementar una fuente de poder no regulada utilizando un transformador de aislación 220V/6V-0V-6V/500mA, un circuito rectificador de onda completa con diodos 1N4007 y una carga resistiva pura, con una corriente de carga máxima 170 [mA]. Utilice un diodo LED para generar una señal luminosa que indique cuando la fuente de poder esta energizada.

En esta actividad se desea realizar una fuente de poder no regulada, para la cual se utiliza el transformador con tap central de 220V/6V-0V-6V/500mA, conectado en el primario a 220 [Vrms] y el secundario a 2 diodos 1N4007 que rectificara la onda sinusoidal para así alimentar una carga puramente resistiva, la cual tendrá un valor que cumpla la corriente de carga máxima de 170 [mA]. Además se debe implementar un circuito que indique cuando la fuente de poder este energizada con la ayuda de un diodo LED el cual emitirá una señal luminosa. Dicho circuito se muestra en la figura 2.

V1

220 Vrms 50 Hz 0°

T1

18.3333

D1

1N4007GP

D2

1N4007GP

RLED

54.9Ω

LED1

RL

54.9Ω

Figura 2. Diseño Circuito Actividad 1.

Diseñado el circuito se procede a calcular la resistencia de carga de tal manera que circule una corriente máxima de carga de 170[mA].

Rl=V s−2 V diodo

I lmax

=

2π∗√2∗6−0.8

0.17=27.0699 [Ω ]

Por lo tanto, el valor de la resistencia de carga tiene que ser mayor o igual que 27.0699[Ω] para no exceder la corriente de carga pedida.

Además de la resistencia de carga, se agregara una resistencia en serie al diodo LED para no exceder las condiciones del mismo, por lo que hay que tener en cuenta que los diodo LED tienen una corriente máxima de 20 [mA] y caída de tensión de 1.83 [Vdc]. Para el caso de la simulación, se considera que el LED opera al 50% de su corriente máxima.

RLED=V s−2 V diodo−V led

I LED

=

2π∗√2∗6−0.8−1.83

0.01=277.1897[Ω ]



Por lo tanto, el valor de la resistencia del LED tiene que ser mayor o igual que 277.1897[Ω] para no exceder los valores máximos que soporta el diodo.

ACTIVIDAD N° 2

Visualizar las formas de onda en cada componente (Fig.1: señales 2 y 3) y obtener la curva de regulación de carga. Tabular voltajes y corrientes AC, DC, y el voltaje de ripple en la salida.

En esta actividad se debe energizar el circuito implementado en la actividad 1 y observar las formas de onda en cada componente que equivalen a las señales 2 y 3 de la figura 1. Además, se debe obtener la curva de regulación de carga, que consiste en la capacidad que tiene la fuente de poder en mantener el voltaje en la carga a distintas corrientes solicitadas. Es decir, la fuente no debe variar la tensión independiente de que no haya carga o haya máxima carga. Se tabularan los valores de voltaje y corriente AC y DC y el voltaje de ripple en la salida para posteriormente graficar la curva de regulación de carga.

Recordar que el voltaje de ripple (rms) está dado por:

V ripple=V max−V min

√3Simulación mediante programa MULTISIM.

Figura 3. Forma de onda de voltaje de entrada y salida del transformador.



Figura 4. Forma de onda del voltaje de carga.

Resultados en Laboratorio.




Figura 6. Forma de onda del voltaje de carga.

Para obtener la curva de regulación de tensión en la carga se utilizará un potenciómetro como resistencia de carga (R2’), se medirá tensión con un multímetro digital y se tabulan los datos a continuación.

Resistencia de carga

VDC VAC IDC IAC Ripple

Tabla 1.Mediciones para la curva de regulación de carga.

ACTIVIDAD N° 3

Para una corriente de 150 [mA], insertar en paralelo a la carga un condensador de 470μF/50V. Visualizar las formas de onda (Fig.1: señales 2 - 4). Tabule los datos registrados. Repetir para un condensador de 1000 μ/50.

Al igual que en la actividad anterior se debe energizar el circuito implementado en la actividad 1 con la diferencia que ahora se agregara en paralelo un condensador (de modo de filtrar la señal de salida del rectificador) de 470μF/50V en primera instancia, como se muestra en la figura 7, para una corriente máxima de 150[mA] y observar las formas de onda en cada componente que equivalen a las señales 2, 3 y 4 de la figura 1. Además, se debe obtener la curva de regulación de carga y tabularan los valores de voltaje y corriente AC y DC y el voltaje de ripple. Luego se debe repetir la actividad para un condensador de 1000 μF/50V.



V1

220 Vrms 50 Hz 0°

T1

18.3333

D1

1N4007GP

D2

1N4007GP

RLED

54.9Ω

LED1

RL

54.9Ω

C1470µF

Figura 7. Circuito a implementar en actividad 3.

Como se pide una corriente de carga de 150 [mA], se obtiene la resistencia máxima permitida:

Rl=V s−V diodo

Ilmax

=

2π∗√2∗6−0.8

0.15=30.6793[Ω ]


Es necesario mencionar que el circuito diseñado para generar la señal luminosa, constituido por un diodo LED y una resistencia para no sobrepasar los valores máximos permitidos por este diodo, permanecen constante debido a que la tensión de alimentación para dicho circuito no cambia.

Simulación mediante programa MULTISIM para C1=470 µF/50V.




Figura 9. Forma de onda del voltaje salida del rectificador.

Fig. 10: Forma de onda de voltaje del condensador.



Simulación mediante programa MULTISIM para C1=1000 µF/50V.


Figura 12. Forma de onda del voltaje salida rectificador.




Resultados en Laboratorio para C1=470 µF/50V.

Fig. 14: Forma de onda de voltaje de entrada y salida del transformador.



Fig.15: Forma de onda del voltaje de carga.

Fig. 16: Forma de onda de corriente y voltaje del condensador.






Resultados en Laboratorio para C1=1000 µF/50V.





Fig. 19: Forma de onda de corriente y voltaje del condensador.






ACTIVIDAD N° 4

Utilizando una fuente de poder no regulada con un voltaje de ripple de salida menor al 10%, diseñar y montar una fuente de tensión regulada utilizando un diodo Zener 1N4732 (4.7V/1W) para una corriente máxima de carga de 120 [mA]. Visualice las formas de ondas en cada etapa del circuito (Fig.1: señales 2 - 5).

En esta actividad se desea diseñar y realizar una fuente de poder no regulada con un voltaje de ripple de salida menor al 10% , para la cual se utiliza el transformador con tap central de 220V/6V-0V-6V/500mA, conectado en el primario a 220 [Vrms] y el secundario a 2 diodos 1N4007 que rectificara la onda, luego se conecta en paralelo un condensador, que se utiliza para filtrar la señal de salida del rectificador. Luego se añade una resistencia limitadora para así no sobrepasar los valores de tensión del diodo Zener y para que este último regule la señal de salida según su tensión de operación Vz obteniendo una fuente de tensión regulada. Esta fuente alimentara una carga puramente resistiva, la cual tendrá un valor que cumpla la corriente de carga máxima de 120 [mA] y la tensión del diodo Zener. Dicho circuito se muestra en la figura 20.

Es necesario mencionar que el circuito diseñado para generar la señal luminosa, constituido por un diodo LED y una resistencia para no sobrepasar los valores máximos permitidos por este diodo, permanecen constante debido a que la tensión de alimentación para dicho circuito no cambia.

V1

220 Vrms 50 Hz 0°

T1

18.3333

D1

1N4007GP

D2

1N4007GP

RLED

54.9Ω

LED1

RL

54.9Ω

C1

470µF

D31N4732A

RLIM

54.9Ω

Figura 20. Circuito a implementar en actividad 20.

Luego, obtenido el circuito a implementar, se obtienen los valores de los respectivos dispositivos del circuito de la figura xx, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones y los siguientes datos de algunos elementos.

1. Ripple máximo de 10%.



2. Corriente máxima de carga de 120 mA.3. Corriente mínima de carga de 0 mA.4. Vz = 4.7 V5. Iz máx. = 193 mA6. Iz mín. = 0.1 · Iz máx.

V s máx=[6√2−0.8 ] [ V ]=7.6852[V ]

V s mín=V s máx−0.1· V s máx=6.9167 [V ]

∆ V =V s máx (1−0.9 )=0.7685

f s=2 · f red=2·50 [ Hz ]=100[ Hz]

Al reemplazar los datos, se obtiene.

RL=V z

I L máx

=4.7 [V ]

120[mA ]=39.166 [Ω ]

Ri=V sMax−V Z

I ZMax+ I Lmin

=15.47[Ω]

C f =5(V ¿¿ sMax−V Z )

∆ V∗2 pi f s∗Ri

=1.998[mF ]¿




Simulación mediante programa MULTISIM.


Figura 22. Forma de onda del voltaje salida rectificador.




Resultados en Laboratorio.




Fig. 27: Forma de onda de voltaje del diodo zener.

ACTIVIDAD N° 5

Repita las mediciones y tabule los datos. Recuerde no desconectar la resistencia de carga si el circuito está energizado, ya que el diodo Zener podría dañarse si los cálculos para la resistencia limitadora (Ri) no fuesen correctos.

En esta actividad se debe energizar el circuito implementado en la actividad 4 se tabularan los valores de voltaje y corriente AC y DC y el voltaje de ripple en la salida para posteriormente graficar la curva de regulación de carga.






LISTA DE COMPONENTES E INSTRUMENTOS

Cantidad Componente Valores1 Osciloscopio de doble haz EZ OS-50201 Punta de prueba1 Multimetro1 Transformador 220 v / 6v-0v-6v / 500mA1 Protoboard1 Diodo LED 1.83 v / 20 mA2 Diodo rectificador 1N40071 Diodo zener 1N47321 Capacitor 470μF/50V1 Capacitor 1000μF/50V.1 Capacitor 2mF/50V.1 Resistencia 28 Ω1 Resistencia 31 Ω1 Resistencia 40 Ω1 Resistencia 16 Ω

Potenciómetro 1kΩ / 1 W



CONCLUSIONES



BIBLIOGRAFÍA

1. Guía N°1 Laboratorio de Electrónica.

2. Manuales respectivos de los equipos: Osciloscopio EZ, OS-5020. Diodo 1N4007, Diodo zener 1n4732

3. Texto guía “Diseño Eléctrico circuitos y sistemas”, 2a Edición. ADDISON-WESLEY IBEROAMERICANA, 1992.



OBSERVACIONES

I. Presentación

i) Orden y Limpieza: El documento debe estar en un formato claro y presentable, sin manchas de impresión, hojas arrugadas, etc.

ii) Índice Paginado: Se debe incluir índice del documento y este debe coincidir con lo escrito.

iii) Ortografía y Redacción: El documento debe tener una redacción clara, precisa y con buena ortografía y gramática

II. Desarrollo

i) Realización de Actividades: Corresponde a un puntaje global de la construcción del documento. Considera la correcta realización de todas las actividades de la guía de laboratorio

ii) Circuitos: Se debe incluir todos los circuitos de las actividades y sus respectivas rotulaciones de materiales y equipos (ej.: R1, Cout, etc). También considerar los instrumentos de medición en donde se deba

iii) Tablas de Medición: Se debe incluir todas las tablas de medición de las actividades y sus respectivas rotulaciones (ej.: VIN, Iout, etc). Incluir instrumentos de medición en donde se deba

iv) Gráficos de Resultados: Los gráficos deben ser claros, indicando su escala y rotulación de formas de onda.

Considerará que cada tabla, gráfico y circuito tienen un nombre (Ej. Figura 01: Voltaje de salida Vdc,out ), el cual debe ser indicado al pie o encabezado según corresponda

III. Materiales y Equipos

i) Tabla de Materiales y Equipos: Se deben incluir todos materiales y equipos que se usan en el laboratorio indicando el nombre, descripción y cantidad. Usar la misma nomenclatura de los cálculos , figuras, y circuitos

ii) Investigación y Datasheet: Responder las preguntas de la guía de laboratorio e incluir las hojas técnicas de los componentes más importantes a usar.

IV. Cálculos

i) Ecuaciones de Diseño: Colocar las ecuaciones de diseño para cada actividad que lo requiera

ii) Expresión de Resultados: Expresar resultados de manera clara y precisa. No incluir expresiones de resultados en una línea de texto.



EVALUACIÓN

ASIGNATURA: LABORATORIO DE ELECTRÓNICA ALUMNOS : Camilo Bello A. Javier Massoglia J.

Ítem ASUNTO Pje.Máximo

Pje.Obtenido

PresentaciónOrden y Limpieza 2

Índice Paginado 3

Ortografía y redacción 5

Desarrollo

Realización de Actividades

Circuitos 5

Tabla de Mediciones 5

Gráficos de Resultados 5

Materiales y Equipos Tabla de Materiales y Equipos 5

Investigación y Datasheet 5

Cálculos Ecuaciones de Diseño 10

Expresión de Resultados 5

Total 60

Nota Final 70

PUNTAJE TOTAL :

NOTA (PJE TOTAL/10 + 1) :

DESCUENTO POR DÍA DE ATRASO :

FIRMA:

FECHA:


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