INFORME ESPECIAL

I. TEMA: DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA AJUSTABLE.

II. OBJETIVOS:

1. El objetivo del presente trabajo es identificar, aplicar y conocer los diferentes componentes y/o dispositivos electrónicos utilizados en las diferentes experiencias realizadas en el laboratorio del curso de dispositivos electrónicos.

2. Comprender, explicar e interpretar el funcionamiento de una fuente de corriente de voltaje ajustable teniendo en consideración sus partes (transformador, diodos, resistencias, condensadores, placas, etc.).

III. INTRODUCCION TEORICA

La evolución de nuestra sociedad está ligada a la de la electrónica. Constantemente convivimos, muchas veces sin ni si quiera darnos cuenta, con todo tipo de elementos electrónicos. A diario, se utiliza un coche, un teléfono o se ve la televisión sin saber que todo ello funciona gracias a la electrónica. Hay una interminable lista de cosas que hacen la vida mucho más fácil y en las que la electrónica juega un papel crucial.En general casi todos los circuitos electrónicos funcionan con alimentación continua, sin embargo por su facilidad de generación, transporte, transformación y uso, la electricidad de la que se dispone, con más facilidad, es alterna, en sus diversas formas. Es decir, no siempre disponemos de una fuente eléctrica continua, por lo que nos vemos obligados a convertir la electricidad alterna. República Dominicana disponemos en cualquier toma de un domicilio de 120 VAC-RMS, que deben ser tratados para poder alimentar los circuitos electrónicos que contienen los equipos de música, el aire acondicionado, un ordenador, un microondas, etc. Este es el punto de partida de las fuentes de alimentación y reguladores electrónicos, que son los encargados de adecuar los valores de la red de distribución a los valores necesarios para que funcionen adecuadamente y no sufran daños dichos circuitos electrónicos, entre otros usos.

IV. MATERIAL UTILIZADO

Trasformador de 18V-1A 1 puente rectificador de diodos de 2A 1 condensador electrolítico 2200uF - 35V 1 resistencia de 1,2KΩ - 1/2W 2 diodos LED (rojo, verde) 1 diodo 1N914 1 transistor BC549 1 resistencia de 1Ω - 5W 1 resistencia de 2KΩ - 1/2W 1 resistencia de 220Ω - 1/2W 2 potenciómetros de 10KΩ y 1KΩ 1 condensador cerámico de 0.1uF 1 protoboard 1/2m. de Cable UTP

V. DIAGRAMA ESQUEMATICO. CUADRO DE VOLTAJE

1. Trasformador:

Permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida) manteniendo la frecuencia (60 Hz).

Protección a cortocircuito

Están basados en el principio de inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce. Estas bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios.

Representación esquemática del transformador.

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .

Esta particularidad tiene su utilidad para el transporte de energía eléctrica a larga distancia, al poder efectuarse el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades y por tanto pequeñas pérdidas. Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, si aplicamos una tensión alterna de 230 Voltios en el primario, obtendremos 23000 Voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación.

2. Circuito rectificador

Tanto la generación como la transmisión y conversión de energía eléctrica se realizan de una manera más simple y eficiente en corriente alterna. En efecto, la generación de corriente alterna no requiere contactos móviles (colectores, escobillas) susceptibles de causar pérdidas energéticas y de sufrir desgastes. Asimismo, debido a la resistencia de los conductores que forman una línea de transmisión, es conveniente que la corriente sea lo menor posible, lo cual requiere, para una potencia dada, aumentar la tensión. Es sabido que los transformadores de corriente alterna permiten llevar a cabo esta conversión con alto rendimiento (bajas pérdidas energéticas). Luego, con un transformador en destino es posible reducir nuevamente la tensión a valores aceptables.

Sin embargo, dejando de lado los motores y los sistemas de iluminación, la gran mayoría de los equipos con alimentación eléctrica funcionan con corriente continua. Se plantea entonces la necesidad de convertir la corriente alterna en continua, lo cual se logra por medio de la rectificación.

Circuitos rectificadores ideales con carga resistiva

La rectificación se lleva a cabo por medio de uno o más diodos. Como es sabido, estos dispositivos idealmente permiten el paso de la corriente en un sentido y lo bloquean en el otro. Existen varios tipos de configuraciones rectificadoras elementales, que analizaremos a continuación.

a. Rectificadores de media onda

se representa esquemáticamente un rectificador de media onda en el cual un diodo se interpone entre la fuente y la carga. Cuando la tensión Vs de la fuente es positiva, el sentido de la corriente es favorable y se produce la circulación, por lo cual suponiendo el diodo ideal (y por lo tanto sin caída de tensión), será vL = vS.

Cuando, en cambio, vS < 0, el diodo no conduce y entonces vL = 0. Esto se ilustra en la para una típica señal senoidal. Se ha indicado tanto la tensión en la carga como la corriente que circula por ella y por la fuente (la tensión y las corrientes en este caso difieren únicamente en un factor de escala). Invirtiendo el diodo se logra una tensión negativa.

Es interesante destacar que la tensión en la carga es unidireccional (positiva) pero no continua (constante). Esta forma de onda no es la deseable para alimentar dispositivos electrónicos, que generalmente requieren una alimentación constante. Este problema se solucionará más adelante con el empleo de filtros.

Grafica de la rectificación de media onda

b. Rectificadores de onda completa tipo puente

El circuito rectificador de media onda tiene como ventaja su sencillez, pero adolece de dos defectos:

1) no permite utilizar toda la energía disponible, ya que los semiciclos negativos son desaprovechados

2) en el caso típico en el que la fuente es el secundario de un transformador tiende a producirse una magnetización del núcleo debido a que el campo magnético es unidireccional. Esta magnetización se traduce en que la saturación magnética se alcanza con valores menores de corriente, produciéndose deformaciones en la onda.

Estos inconvenientes se resuelven con los rectificadores de onda completa.

En la figura siguiente podemos ver un rectificador de onda completa en puente que es la configuración que usamos en nuestra fuente:

Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos.

Las gráficas tienen esta forma:

Durante el semiciclo positivo de la tensión de la red, los diodos D1 y D3 conducen, esto da lugar a un semiciclo positivo en la resistencia de carga.

Los diodos D2 y D4 conducen durante el semiciclo negativo, lo que produce otro semiciclo positivo en la resistencia de carga.

El resultado es una señal de onda completa en la resistencia de carga.

Hemos obtenido la misma onda de salida VL que en el caso anterior.

La diferencia más importante es que la tensión inversa que tienen que soportar los diodos es la mitad de la que tienen que soportar los diodos en un rectificador de onda completa con 2 diodos, con lo que se reduce el coste del circuito.

Grafica de la rectificación de onda completa

3. Filtraje

Esta constituido generalmente por condensadores de tipo electrlitico se encargan de dar mas pureza o aplanar el voltaje rectificadoLa tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.

El tipo mas común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los casos perfectamente válido. Sin embargo en algunos casos puede no ser suficiente y tendremos que hacer uso de algunos componentes adicionales.

Filtro con condensador a la entrada:

Este es el filtro más común y por ello mas conocido. Basta con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta forma:

Para hacer más abreviada la explicación sustituimos el diodo puente por un diodo común ya que se comportaran de la misma manera. Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensión de pico Vmax. Una vez rebasado el pico positivo el diodo se abre. ¿Por que? debido a que el condensador tiene una tensión Vmax entre sus extremos y la tensión en el secundario del transformador es un poco menor que Vmax el cátodo del diodo esta a mas tensión que el ánodo. Con el diodo ahora abierto el condensador se descarga a través de la carga, lo cual hace que disminuya su voltaje, pero en el momento que el voltaje sea menor que el del secundario del transformador, el diodo vuelve a conducir y consecuentemente a cargar al condensador. Nos podemos dar cuenta que el proceso es repetitivo.

La tensión Vo quedará de la siguiente forma:

La tensión en la carga es ahora casi una tensión ideal. Solo nos queda un pequeño rizado (conocido también como voltaje de rizado) originado por la carga y descarga del condensador. Para reducir este rizado podemos optar por construir un rectificador en puente: el condensador se cargaría el doble de veces en el mismo intervalo teniendo así menos tiempo para descargarse, en consecuencia el rizado es menor y la tensión de salida es más cercana a Vmax. Otra forma de reducir el rizado es poner un condensador mayor, pero siempre tenemos que tener cuidado en no pasarnos ya que un condensador demasiado grande origina problemas de conducción de corriente por el diodo y, por lo tanto, en el secundario del transformador (la corriente que conduce el diodo es la misma que conduce el transformador)

4. Circuito de protección contra cortocircuito

Evita que los dispositvos y los componentes electrónicos de la fuente se deterioren por efecto de cortocircuito o excesivo consumo de corriente en los terminales de salida de la fuente.

Consta de un transistor un LED una resistencia para proteger el LED y un diodo 1n914 para proteger los demas comoponentes del circuito.Al producirse un cortocircuito o sobrecarga en los terminales de salida de la fuente, el transistor Q1 pasa al estado de saturación encendiéndose el LED indicador.

5. Regulador de voltaje

Mantiene constante el voltaje de salida de la fuente contra variaciones de consumo de corriente de la carga o equipo conectado en los terminales de salida de la fuenteUn regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos.

En este caso usamos el LM317T es un regulador de tensión positivo con sólo 3 terminales y con un rango de tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios.

Las patillas son: Entrada (IN),Salida (OUT), Ajuste (ADJ)

Para lograr esta variación de tensión sólo se necesita de 2 resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable).

Entre sus principales características se encuentra la limitación de corriente y la protección térmica contra sobrecargas.

La tensión entre la patilla ADJ y OUT es siempre de 1.25 voltios (tensión establecida internamente por el regulador) y en consecuencia la corriente que circula por la resistencia R1 es: IR1 = V / R1 = 1.25/R1

Esta misma corriente es la que circula por la resistencia R2. Entonces la tensión en R2: VR2 = IR1 x R2. Si se sustituye IR1 en la última fórmula se obtiene la siguiente ecuación: VR2 = 1.25 x R2 / R1.

Como la tensión de salida es: Vout = VR1 + VR2, entonces:Vout = 1.25 V. + (1.25 x R2 / R1)V.simplificando (factor común)Vout = 1.25 V (1+R2 / R1) V.

De esta última fórmula se ve claramente que si modifica R2 (resistencia variable), se modifica la tensión Vout

6. Regulador de voltaje variable

Es básicamente compuesto por un resistor variable de tipo línea (potenciómetro líneal) su propósito es ajustar el voltaje de salida de la fuente al voltaje de la carga o equipo conectado a los terminales de salida de la fuente.

CIRCUITO FINAL

TABLA DE VOLTAJES DE LA FUENTE DE ALIMENTACION

Vs = 12.68v……. Vc.a min = 1.274v…… Vc.c

Vc = 15.67v…….. Vc.c Vo = máx. fino = 6.73v ….. Vc.c

VQ = 14.22v…… Vc.c máx. total = 14.69v ..…… Vc.c

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

- Una fuente de alimentación es importante para los electrodomésticos ya que ellos funcionan con corriente continua

- Una fuente de corriente es una aplicación y combinación de varios componentes electrónicos como diodos, resistencias, transistores, transformador, etc.

- Se puede corroborar todo lo aprendido en el laboratorio, características de los componentes y el manejo de la instrumentación electrónica.

- Para el ensamblaje de una fuente de corriente se tiene que tener en cuenta las polaridades de los componentes (DIODOS, TRANSISTORES). - Una recomendación seria al desconectar el condensador descargarlo mediante una resistencia y no juntando los pines de este.

VII. BIBLIOGRAFIA

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

http://www.soloelectronica.net/F%20ALI%204_a_28_v.htm

www.astrosurf.com/ astronosur/accesorios2.htm

www.areatecnologica.com

www.electronicafacil.com