proyecto fuente de voltaje

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electrónica I

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  • UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

    TEMA: Diseo y Construccin de una fuente de voltaje variable

    INTEGRANTES: William Chicaiza

    Nelson De La Cruz

    Erazo Yaritza

    Naranjo Mauricio

    NIVEL: Tercero Electrnica A

    FECHA: 15/11/2013

    OBJETIVOS:

    GENERAL

    Disear y Construir una fuente de voltaje variable con los conocimientos

    adquiridos en el trascurso del segundo parcial para la utilizacin en las

    diversas prcticas a realizar en los laboratorios en las cuales se emplee la

    misma.

    ESPECFICOS

    Emplear los conocimientos adquiridos de la signatura.

    Conocer el funcionamiento de cada uno de los elementos aplicados.

    Aprovechar los Software de simulacin y diseo para una construccin

    adecuada.

    MATERIALES:

    Una baquelita

    Acido frrico

    Alambre UTP

    Estao

    Cautn

    Multmetro

    Porta Fusible

    1 Fusible

    Transformador de 110 a 12[V]

    de 1 A

    7 Plugs

    4 Interruptores

  • 2

    Cable gemelo

    1 Enchufe (dos entradas)

    7 conectores bananas

    2 conectores bananas

    Papel fotogrfico

    Marcador Indeleble

    3 diodos Leds

    3 capacitores de 2200uF

    1 capacitor de 10uF

    8 resistencias de 1k

    2 puentes de Diodos

    1 Diodo Zener 3.5 [V]

    1 Resistencia de 680

    1 Resistencia de 330

    1 Regulador LM317T

    1 Regulador 7812

    1 Regulador 7912

    MARCO TERICO:

    Diodo El diodo es el ms simple de los

    dispositivos semiconductores, pero con

    un papel fundamental para los sistemas

    electrnicos ya que cuentan con

    caractersticas que lo asemejan con un

    interruptor sencillo lo encontramos en

    una gran gama de usos y aplicaciones

    desde las simples hasta las ms

    complejas.

    Las caractersticas de un diodo ideal son

    las mismas que las de un interruptor que

    solo permite la conduccin de corriente

    en una sola direccin.

    En general un diodo se encuentra en el

    estado encendido si la corriente

    establecida por las fuentes aplicadas es

    tal que su direccin concuerda con la

    flecha en el smbolo del diodo, y VD >

    0.7V para el de silicio y VD> 0.3V para el

    de germanio.

    Diodo Zener El diodo Zener es un diodo de cromo1

    que se ha construido para que funcione

    en las zonas de rupturas, recibe ese

    nombre por su inventor, el Dr. Clarence

    Melvin Zener. El diodo Zener es la parte

    esencial de los reguladores de tensin

    casi constantes con independencia de

    que se presenten grandes variaciones de

    Figura 1: Representacin del diodo.

  • 3

    la tensin de red, de la resistencia de

    carga y temperatura.

    Son mal llamados a veces diodos de

    avalancha, pues presentan

    comportamientos similares a estos, pero

    los mecanismos involucrados son

    diferentes.

    Caractersticas:

    Si a un diodo Zener se le aplica una

    corriente elctrica del nodo al ctodo

    (polarizacin directa) toma las

    caractersticas de un diodo rectificador

    bsico, pero si se le suministra corriente

    elctrica de ctodo a nodo (polarizacin

    inversa), el diodo solo dejara pasar una

    tensin constante.

    En conclusin: el diodo Zener debe ser

    polarizado al revs para que adopte su

    caracterstica de regulador de tensin.

    Su smbolo es como el de un diodo

    normal pero tiene dos terminales a los

    lados. Este diodo se comporta como un

    diodo convencional en condiciones de

    alta corriente porque cuando recibe

    demasiada corriente se quema.

    Puente rectificador o puente

    de Diodos El puente rectificador es un circuito

    electrnico usado en la conversin de

    corriente alterna en corriente continua.

    Tambin es conocido como circuito o

    puente de Graetz, en referencia a su

    creador, el fsico alemn Leo Graetz

    (1856-1941).

    Consiste en cuatro diodos comunes, que

    convierten una seal con partes positivas

    y negativas en una seal nicamente

    positiva. Un simple diodo permitira

    quedarse con la parte positiva, pero el

    puente permite aprovechar tambin la

    parte negativa. El puente, junto con un

    condensador y un diodo zener, permite

    convertir la corriente alterna en continua.

    El papel de los cuatro diodos comunes

    es hacer que la electricidad vaya en un

    solo sentido, mientras que el resto de

    componentes tienen como funcin

    estabilizar la seal. Usualmente se suele

    aadir una etapa amplificadora con un

    transistor BJT para solventar las

    limitaciones que estos componentes

    tienen en la prctica en cuanto a

    intensidad.

    Figura 2: Representacin del diodo Zener

  • 4

    Diodo Led El LED (Light-Emitting Diode: Diodo

    Emisor de Luz), es un dispositivo

    semiconductor que emite luz incoherente

    de espectro reducido cuando se polariza

    de forma directa la unin PN en la cual

    circula por l una corriente elctrica.

    Este fenmeno es una forma de

    electroluminiscencia, el LED es un tipo

    especial de diodo que trabaja como un

    diodo comn, pero que al ser atravesado

    por la corriente elctrica, emite luz. Este

    dispositivo semiconductor est

    comnmente encapsulado en una

    cubierta de plstico de mayor resistencia

    que las de vidrio que usualmente se

    emplean en las lmparas

    incandescentes. Aunque el plstico

    puede estar coloreado, es slo por

    razones estticas, ya que ello no influye

    en el color de la luz emitida. Usualmente

    un LED es una fuente de luz compuesta

    con diferentes partes, razn por la cual el

    patrn de intensidad de la luz emitida

    puede ser bastante complejo.

    Transformador Se denomina transformador a un

    dispositivo elctrico que permite

    aumentar o disminuir la tensin en un

    circuito elctrico de corriente alterna,

    manteniendo la potencia. La potencia

    que ingresa al equipo, en el caso de un

    transformador ideal (esto es, sin

    prdidas), es igual a la que se obtiene a

    la salida. Las mquinas reales presentan

    un pequeo porcentaje de prdidas,

    dependiendo de su diseo y tamao,

    entre otros factores.

    El transformador es un dispositivo que

    convierte la energa elctrica alterna de

    un cierto nivel de tensin, en energa

    alterna de otro nivel de tensin,

    basndose en el fenmeno de la

    Figura 3: Puente rectificador

    Figura 4: Representacin del Diodo LED.

    Figura 5: Smbolo del diodo LED.

  • 5

    induccin electromagntica. Est

    constituido por dos o ms bobinas de

    material conductor, devanadas sobre un

    ncleo cerrado de material

    ferromagntico, pero aisladas entre s

    elctricamente. La nica conexin entre

    las bobinas la constituye el flujo

    magntico comn que se establece en el

    ncleo. El ncleo, generalmente, es

    fabricado bien sea de hierro o de lminas

    apiladas de acero elctrico, aleacin

    apropiada para optimizar el flujo

    magntico. Las bobinas o devanados se

    denominan primarios y secundarios

    segn correspondan a la entrada o salida

    del sistema en cuestin,

    respectivamente. Tambin existen

    transformadores con ms devanados; en

    este caso, puede existir un devanado

    "terciario", de menor tensin que el

    secundario.

    Funcionamiento:

    Este elemento elctrico se basa en el

    fenmeno de la induccin

    electromagntica, ya que si aplicamos

    una fuerza electromotriz alterna en el

    devanado primario, debido a la variacin

    de la intensidad y sentido de la corriente

    alterna, se produce la induccin de un

    flujo magntico variable en el ncleo de

    hierro.

    Este flujo originar por induccin

    electromagntica, la aparicin de una

    fuerza electromotriz en el devanado

    secundario. La tensin en el devanado

    secundario depender directamente del

    nmero de espiras que tengan los

    devanados y de la tensin del devanado

    primario.

    Placa de Baquelita Descripcin:

    Es una fabricado laminado a base de

    papel kraft impregnado con resina

    fenlica. Por sus caractersticas

    elctricas y mecnicas es muy utilizado

    en la industria.

    Material termoplstico de tipo fenlico.

    Tiene buena resistencia al calor hasta los

    110 C con buena estabilidad

    dimensional y resistente a la fluencia.

    Adems tiene buena resistencia

    Figura 6: El Trasformador.

    Figura 7: Estructura interna del trasformador.

  • 6

    elctrica. La baja absorcin de humedad

    y excelentes propiedades elctricas hace

    que este material sea una buena opcin

    para propsitos de aislamiento.

    Regulador de Voltaje LM317T Una fuente de voltaje variable con el

    LM317T es una fuente de voltaje ideal

    para personas que necesitan una salida

    de voltaje variable (1.5 V a 15.0 Voltios)

    con capacidad de entrega de corriente

    continua de hasta de 1.5 Amperios.

    Si se utiliza el LM317 solo se obtienen

    500 mA a la salida, suficiente para

    muchas aplicaciones, pero en este caso

    utilizamos el LM317T porque puede

    entregar ms corriente.

    Este dispositivo tiene proteccin contra

    sobre corrientes que evita el integrado se

    queme accidentalmente debido a un

    corto circuito.

    El voltaje de salida depende de la

    posicin que tenga la patilla variable del

    potencimetro de 5 K (kilohmios),

    patilla que se conecta a la patilla de

    AJUSTE del integrado. (COM).

    El transformador debe de tener un

    secundario con un voltaje lo

    suficientemente alto como para que la

    entrada al regulador IN se mantenga 3

    voltios por encima de su salida OUT a

    plena carga, esto debido a requisitos de

    diseo del circuito integrado.

    En este caso se espera obtener, a la

    salida, un mximo de 15.0 voltios lo que

    significa que a la entrada del integrado

    debe de haber por lo menos 18.0 Voltios.

    Se puede poner un diodo entre los

    terminales de salida y entrada para

    proteger al regulador de posibles

    voltajes en sentido opuesto.

    Un capacitor electroltico de 100uF se

    coloca a la salida para mejorar la

    respuesta transitoria, y un capacitor de

    0.1uF se recomienda colocar en la

    entrada del regulador si ste no se

    encuentra cerca del capacitor electroltico

    de 4,700uF.

    Regulador de Voltaje 7812 LM78XX

    Figura 8: Placa de Baquelita.

    Figura 9: Regulador de voltaje LM317T.

  • 7

    La serie LM78XX de tres reguladores de

    terminal est disponible con varias

    tensiones de salida fijos que los hace

    tiles en una amplia gama de

    aplicaciones. Uno de ellos es local en la

    regulacin de la tarjeta, eliminando los

    problemas de distribucin asociados con

    la regulacin de un solo punto. Los

    voltajes disponibles permiten que estos

    reguladores para ser utilizados en

    sistemas de lgica, instrumentacin, alta

    fidelidad, y otros equipos electrnicos de

    estado slido.

    La serie LM78XX est disponible en una

    lata de aluminio A - 3 - paquete de edad

    que permitir que la corriente de carga

    1.0A sobre si se proporciona disipacin

    de calor adecuada. Limitacin de

    corriente es incluido para limitar la

    corriente a un valor seguro de pico de

    salida. Se proporciona un rea de

    proteccin segura para el transistor de

    salida para limitar el poder interno de

    disipacin. Si la disipacin de potencia

    interna se vuelve demasiado alta para la

    disipacin de calor proporcionado, el

    circuito de apagado trmico se hace

    cargo de la prevencin de la IC de

    sobrecalentamiento.

    Caractersticas:

    Corriente en exceso de salida 1A

    Proteccin trmica interna

    No requiere componentes externos

    Transistor de proteccin de zona

    segura de salida

    Lmite de corriente de corto circuito

    interno

    Disponible en aluminio AL - 3

    paquete

    Regulador de Voltaje 7912 LM79XX

    Figura 11: Regulador de voltaje 7812.

    Figura 10: Regulador de voltaje 7812.

    Figura 12: Regulador de voltaje 7912.

  • 8

    La serie UTC LM79XX de los

    reguladores negativos de tres terminales

    estn disponibles en A-220 del paquete y

    con varios tensin de salida fija, que los

    hace tiles en una amplia gama de

    aplicaciones. Cada tipo emplea a limitar,

    la proteccin de zonas de parada y

    seguro Corriente trmica interna, por lo

    que es esencialmente indestructible.

    CARACTERSTICAS

    Salida hasta corriente 1

    -5V,-6V, 8V-,-12V,-15V,-18V,

    voltaje de salida-24V disponible

    Proteccin contra sobrecarga

    trmica

    Proteccin del cortocircuito

    Filtros Un filtro de fuente de alimentacin

    idealmente elimina los filtros de un

    voltaje de salida de un rectificador de

    media onda o de onda completa y

    reduce el voltaje de los Diodos en un

    nivel constante los filtros se implementan

    con capacitores la salida pulso de 120H.

    Figura 13: Circuito regulador de voltaje con 7912.

    Figura 14: Funcin del Filtro.

  • 9

    Clculos y Diagramas.

    Diagrama de la fuente de voltaje.

  • 10

    o Fuente de voltaje de . [].

    Diodo Zener: 3.5 []

    () = (122 1.4)[]

    () = . []

    = (1

    ) ()

    = (1

    (120)(1000)(2200 106)) (15.6)[]

    = . []

    = ( 1

    2 ) ()

    = ( 1

    (2)(120)(1000)(2200 106)) (15.6)[]

    = . []

    0 =

    =

  • 11

    =3.5

    1000= 3.5[]

    = 500 []

    =

    =500 103

    3.5

    = 142.86 []

    = ( + ) +

    = (680)((142.86 + 3.5)) + 3.5

    = 103.02 []

    = ( + ) +

    = (680)((1 + 3.5)) + 3.5

    = 6.56[]

    o Fuente de voltaje de . [] [].

    2 = 440[]

    () = (122 1.4)[]

  • 12

    () = . []

    = (1

    ) ()

    = (1

    (120)(1000)(2200 106)) (15.6)[]

    = . []

    = ( 1

    2 ) ()

    = ( 1

    (2)(120)(1000)(2200 106)) (15.6)[]

    = . []

    = (1

    ) ( )

    = (440

    1.2) (15 1.2) = 5 []

    = (1 +

    2) ()

    = (1 +5000

    440) (1.2) = 14.84 [] 15 []

    o Fuente de voltaje variable de [] [].

  • 13

    () = (122 1.4)[]

    () = . []

    = (1

    ) ()

    = (1

    (120)(1000)(2200 106)) (15.6)[]

    = . []

    = ( 1

    2 ) ()

    = ( 1

    (2)(120)(1000)(2200 106)) (15.6)[]

    = . []

    = + []

    2 = 12 []

    PLACAS:

  • 14

  • 15

    CONCLUSIONES:

    o El diseo de los circuitos de la fuente de voltaje, se los elaboro con los

    conocimientos obtenidos en Electrnica, con cada una de las

    especificaciones establecidas por el tutor.

    o Las placas para la fuente se las realizo empleando software de simulacin

    el cual realiza la generacin de pistas, lo cual ayudo mucho al momento

    de la construccin de la fuente de voltaje.

    o Se comprob el funcionamiento de cada uno de los elementos empleados,

    demostrando de esta manera que cada uno de ellos cumple una accin

    especfica importante en el circuito diseado.

    o El voltaje de salida en el la fuente variable, vara dependiendo de la

    resistencia de carga que se conecte entre la salida y el tierra de dicho

    regulador.

    RECOMENDACIONES:

    o Tener conocimientos previos de cada uno de los elementos aplicados en el

    diseo y construccin de la fuente de voltaje.

    o Realizar el diseo del circuito en un protoboar antes de llevarlo a la placa,

    ya que de esta manera se podr corregir algn error que impida el correcto

    funcionamiento del mismo.

    o Revisar detenidamente las pistas generadas en la baquelita para no tener

    un funcionamiento inadecuado del circuito diseado.

    o Tener cuidado con el cido ferroso utilizado para la generacin de pistas en

    la placa de baquelita.

    o Al momento de soldar los elementos respectivos en la placa de baquelita,

    no tener mucho tiempo en contacto con el cautn ya que el calor que

    produce esta herramienta puede llegar a efectuar daos en dichos

    elementos, ocasionando de esta manera una alteracin en el

    funcionamiento de los mismos.

  • 16

    BIBLIOGRAFIA:

    o ROBLE, 2010, Circuitos Elctricos ,El Trasformador , 14 de Noviembre del

    2013, Disponible en:

    http://roble.pntic.mec.es/jlop0164/archivos/transformador.pdf

    o MONOGRAFIAS, 2008, Circuitos Electrnicos ,Diodos y aplicaciones , 14

    de Noviembre del 2013, Disponible en:

    http://www.monografias.com/trabajos-pdf/diodos-aplicaciones/diodos-

    aplicaciones.pdf

    o UDEA, 2009, Electrnica ,Diodo Zener , 14 de Noviembre del 2013,

    Disponible en:

    http://fisica.udea.edu.co/~labgicm/Curso%20de%20Electronica/2009__diod

    o_Zener.pdf

    o Leopoldo P., 2007, Dispositivos Electrnicos ,Reguladores de Voltaje , 14

    de Noviembre del 2013, Disponible en:

    http://www.gte.us.es/~leopoldo/Store/tsp_13.pdf

    http://www.gte.us.es/~leopoldo/Store/tsp_12.pdf

    http://www.unicrom.com/cir_fuenteconlm317T.asp

    http://www.ehowenespanol.com/utilizar-ic-7812-como_190644/

    o SERVICE., 2005, Dispositivos Electrnicos ,Placa de Baquelita , 14 de

    Noviembre del 2013, Disponible en:

    http://www.metal-service.net/pdf/BAQUELITA.pdf

  • 17

    ANEXOS: