TRABAJO PROPUESTO N1 Electrnica analgica

Subgrupo 12:

Rubn Pardilla Nez

Amparo Gonzlez Castao

Carmen Mara Martnez Maestro

A lo largo de este trabajo disearemos una fuente de alimentacin regulada con 7.5 V

de tensin de salida y una corriente de carga de 0.25 A.

Cogeremos el siguiente modelo de fuente de alimentacin:

Como podemos comprobar en el esquema, seguiremos un modelo que es simtrico, ya

que la tensin de salida tambin lo es. Por tanto, nos centraremos solo la parte

superior a la hora de disear la fuente y por simetra sacaremos la parte inferior.

La tensin de salida que se pide no es ninguna de las disponibles en la familia de

reguladores 78XX, por lo que necesitaremos usar un regulador ajustable. Hemos

elegido el regulador LM317 para la parte positiva, y su correspondiente negativo

LM337.

Miramos las caractersticas del regulador en el datasheet de National Semiconductor.

El regulador por s mismo tiene el siguiente esquema:

V1

FREQ = 50VAMPL = 33.94

VOFF = 0

AC =

D1

D1N4001

D2

D1N4001

D3

D1N4001

D4

D1N4001

R1

220

R2

1100

C1

100u

LM317K

IN2

OUT3

AD

J1

U2

LM317K

IN2

OUT3

AD

J1

U3

LM337

IN2

OUT3

AD

J1

C2

1n

R3

1100

R4

220

0

TX1

0

Pasamos al clculo de las dos resistencias que aparecen en el esquema adecundolas a

la salida que queremos obtener.

Teniendo en cuenta que la cada de tensin entre la salida y la patilla de ajuste es de

1.25V y que se necesitan 5mA para la correcta polarizacin del regulador como

mnimo:

RmA1125

5240max

.

Pero nosotros solo manejaremos resistencias de la serie E12 por lo que usaremos una

resistencia de 220.

La corriente de ajuste la consideramos despreciable y obtenemos a partir de la

siguiente ecuacin:

( ) , teniendo y obtenemos que .

De la pgina de caractersticas del regulador, que ha sido mencionada anteriormente,

sacamos que para calcular los valores mximos y mnimos de la tensin de entrada

tenemos la siguiente expresin:

( )

Introducimos en esta expresin el valor de tensin de salida que queremos obtener

(7.5V) y obtenemos los valores mximos y mnimos de la tensin de entrada al

regulador, siendo estos:

La corriente mxima en el secundario sera:

( ) ( )

A la hora de elegir el transformador, miramos en las hojas de caractersticas, y

escogemos el de 24V ya que es el transformador con una tensin inferior ms cercana

al valor de que hemos obtenido. Por tanto el transformador elegido sera un

transformador: 230/2x24. Por lo tanto:

( ) }

Conociendo el valor de V y V, podemos obtener la

tensin de rizado: .

Para determinar la capacidad del condensador utilizamos las siguientes expresiones:

( )

( )

De la expresin (1) obtenemos con los datos que ya conocemos que y

del a expresin (2) .

Sabiendo la capacidad del condensador nos vamos al catlogo y elegimos el

condensador de 100F/50V (elegimos el de 50V porque el de 35V queda muy cerca de

la tensin mxima que soporta el secundario del transformador)

Una vez conocemos el valor del condensador entramos otra vez a las expresiones (1) y

(2) para obtenemos los valor de que tendremos al poner un condensador de

esa capacidad al esquema de la fuente, si hacemos lo explicado obtenemos que la

nueva

A continuacin procedemos a elegir el puente de diodos rectificadores para ello

calculamos los valores de: la tensin inversa de pico repetitivo (VRRM) , la corriente

directa (IFM) y la corriente de valor de pico repetitivo (IFRM).

Buscamos en la tabla de caractersticas de general instrument silicon single phase

bridge rectifiers rectificadores cuyos valores de VRRM, IFFM e IFM sean mayores o iguales

que los calculados. Escogemos el B80 C1500.

Una vez elegidos todos los componentes necesarios realizamos el balance de potencias

de todo el montaje para elegir la potencia que tendr que disipar el transformador.

(Al ser un modelo simtrico la potencia de la carga y la potencia del regulador la

multiplicaremos por dos)

( )

La potencia que tiene que tener el transformador tiene que se igual o mayor que la

potencia total.

En nuestro caso elegiremos un transformador de 22VA y 24V, aunque el siguiente de

mayor potencia es el de 13VA todos los clculos estn basados en aproximaciones.

Cada regulador va a tener una potencia de perdidas igual a

( )

Tenemos que calcular si el encapsulado del regulador ser capaz de disipar todo el

calor de esa potencia o si se necesitara aadirle un disipador.

Comenzamos calculado la temperatura que alcanzara la unin del regulador, para ello

buscamos las caractersticas trmicas del regulador lineal LM317 con un encapsulado

NDS(TO-3).

Obtenemos los siguientes datos:

Tomamos como la temperatura ambiente ( )

Con ellos calculamos la temperatura que disipara la unin del regulador:

Como la temperatura de la unin es mayor que la temperatura mxima que pone en la

hoja de caractersticas el regulador necesita un disipador.

( )

( )

Buscamos en los perfiles de disipadores uno que nos garantice un nuevo valor de ,

menor que la y miramos en la grfica, que longitud debe tener el disipador.

Elegimos el M2 de 50 mm.

La nueva

Con este disipador volvemos a calcular la nueva temperatura de la unin.

( ) ( )

Simulacin del diseo

Una vez realizados todos los clculos necesarios para el diseo de la fuente,

simularemos dicha fuente de alimentacin regulada en OrCAD. Para ello introducimos

una fuente senoidal con tensin mxima= ( ) y frecuencia 50 Hz. Tambin

debemos tener en cuenta que tenemos que aadir al circuito dos resistencias de carga

con un valor de 30 cada una de ellas, ya que la tensin y corriente que queremos

obtener tienen unos valores de respectivamente por lo que

.

El tipo de simulacin que utilizaremos ser la de tipo transitorio.

Los valores de tensin y corriente que se ven reflejados en la siguiente grfica,

coinciden con los valores que queramos que proporcionara la fuente diseada.

D1

D1N4001

D2

D1N4001

D3

D1N4001

D4

D1N4001

V1

FREQ = 50VAMPL = 67.88

VOFF = 0 C1

100u

C2

100u

U1

LM317K

IN2

OUT3

AD

J1

R1

220

R2

1k1

R3

1k1

R4

220

0

VIN VOUT

ADJ

U3

LM337K

R5

30

R6

30

V

V

V

V

V

V

En la grfica observamos los valores de las tensiones del circuito:

La tensin de color rojo y de color verde, son las tensiones a la salida de los

reguladores, que coinciden con la tensin que esperbamos obtener del diseo de la

fuente.

Las tensiones de color azul oscuro y amarillo, son las tensiones a la entrada del

regulador, que coinciden con el valor hallado tericamente,

.

Y por ltimo las tensiones de color azul y rosa, son las tensiones a la salida de la fuente

que debe de ser ( ) , por lo tanto, como podemos observar, los

resultados coinciden.