Post on 30-Oct-2015
Nombre de la materia: electrnica analogica
Nombre del profesor: Dra. Perla Yasmin Sevilla Camacho
Nombre de los integrantes del alumno :
Sergio Hernndez Cabrera
Cuatrimestre: 3 Grupo: B
Proyecto: fuente de voltaje simtrica
Fecha: 30 de Mayo del 2013.
Tuxtla Gutirrez, Chiapas, Mxico.
Universidad Politcnica de
Chiapas.
INDICE
Introduccin01
Objetivos.....01
Justificacin01
Marco teorico..03
Desarrollo04
Conclucion..17
Bibliografa..17
INTRODUCCION
En el presente documento se explicara el procedimiento detallado sobre el diseo
y armado de una fuente de voltaje simtrico de 0 a 15 volts (tanto positivos como
negativos). En dicho reporte se precisaran los clculos y adecuaciones necesarios
para la construccin de la fuente, los cuales se hicieron con el objetivo de que el
producto final cumpliera con todas las expectativas esperadas para este proyecto.
OBJETIVO
El objetivo principal del proyecto es reafirmar en base a la practica los
conocimientos adquiridos durante las clases correspondientes al primer corte de la
materia electrnica analgica.
De igual manera otro objetivo primordial es lograr como producto final una fuente
de voltaje simtrico que cumpla con todas las especificaciones de funcionamiento
requeridas para este primer proyecto del curso.
JUSTIFICACION
El xito o el fracas de este proyecto depende de que tan bien hayan quedado
fundamentados nuestros conocimientos adquiridos durante esta primera unidad
por lo tanto es precis llevar acabo la elaboracin de dicho proyecto ya que de
este dar fe de nuestro desempeo durante el curso, sin mencionar que como
ingenieros mecatronica este es uno de los proyectos mas bsico pero necesario
para nuestra formacin.
MARCO TEORICO
Generalidades de la fuente de alimentacin.
Todo circuito requiere para su funcionamiento de una fuente elctrica de energa, puesto que la corriente y voltaje que proporciona la lnea comercial no es la adecuada para que su funcionamiento sea el correcto. Un dispositivo a base de semiconductores que integran un circuito, funciona con tensiones y corrientes directas lo mas continuas posibles, as pues, la fuente de alimentacin convierte la energa de la lnea comercial en energa directa a los valore requeridos.
La fuente de alimentacin regulada para su correcto funcionamiento se constituye a base de 4 etapas de funcionamiento que en el siguiente diagrama a bloques se muestra (imagen 1).
imagen 1. etapas de rectificado de CA
funcionamiento de los dispositivos de la fuente
1.-Transformador: El voltaje de la lnea domstica se reduce de 127 Volts a un
nivel de voltaje determinado por las especificaciones de este elemento.
2.- Rectificador: Se transforma el voltaje de corriente alterna en voltaje de corriente
directa, esto lo hace dejando pasar solo los valores positivos de la onda (se
genera corriente continua), por medio de elementos diodos.
3.- Filtro: esta le da calidad a la corriente continua y suaviza el voltaje, atenuando
el rizo de nuestro voltaje por medio de los capacitores.
4.-Regulador: el voltaje ya suavizado se le da la forma lineal que utilizan los
dispositivos. Se usa un circuito integrado especial. Esta fase es la que entrega la
energa necesaria, en caso de querer regular de manera analgica se usan
elementos llamados potencimetros.
Todos estos, tienen como se puede observar, efectan funciones especficas en
su respectiva zona de la transformacin de la corriente, ya que esencialmente
esas son las partes que componen una fuente de alimentacin lineal bsicamente.
Fuente de alimentacin simtrica
Una fuente de alimentacin simtrica es un dispositivo capas de otorgar dos
valores de voltajes que pueden ser iguales o distintos en magnitud con
polaridades contrarias, es decir nos puede entregar un valor x de voltaje positivo
y de igual forma un valor y de voltaje negativo, dicha fuente tambin puede ser
regulable o fija, es decir puede variar su valor de voltaje o no.
DESARROLLO
Para empezar hay que tener en cuenta los objetivos y especificaciones que la
fuente debe cumplir, los cuales son:
Debe ser una fuente de voltaje simtrica
Debe ser regulada con un potencimetro
Debe suministrar un voltaje minimo de 0 a 15 volts tanto positivos como
negativos
Debe sumistrar una corriente de por lo menos 2 amperes
Debe tener un fusible para proteccin de la fuente
Switch de funcionamiento
Debe tener un led indicador de funcionamiento
El producto final debe tener una buena presentacin
Ahora que tenemos claros los objetivos empezaremos por disear el circuito que
dara vida a nuestra fuente, empezando por seleccionar los materiales a utilizar
para nuestro proposito. Esto lo haremos echando mano de los conocimiento ya
adquiridos durante el curso.
Transformador de voltaje de 127 volts a 30 volts (imagen 2).
imagen 2: transformador de voltaje
Optamos por comprar para nuestro proyeto un transformador de voltaje de 30 volts
a dos amperes ya que es el que mas de adecuaba a las especificiones de voltaje
minimas requeridas por los reguladores y a nuestro presupuesto.
Puente rectificador de voltaje GBPC606 (imagen 3)
imagen 3: puente rectificador de diodos
elegimos para la etapa de rectificacin de voltaje un puente rectificador modelo
GBPC606, que no es mas que un puente de diodo en un solo encapsulado. Cabe
mencionar que la razn principal de aver elegido este puente de entre toda la gran
gamas de puentes rectificadores que existen en el mercado se debe a que este es
un puente de grandes prestaciones, en las que destacan su capacidad de
corriente de hasta 6 amperes y su voltaje de hasta 600 volts, mucho mas de lo que
acuparemos en este proyecto. Esto sin mencionar que su diseo es mas
agradable a la vista.
Filtros capacitivos (imagen 4)
imagen 4: capacitor electrolitico
para esta parte fueron necesarios clculos realizados con antelacin para
determinar el valor de faradaje que nuestro filtro deveria tener para el correcto
funcionamiento de fuente.
Para realizar estos clculos encharemos mano de una formula para rectificadores
de onda completa, la cual fue vista en clase y que nos ser de gran utilidad para
determinar el valor de nuestro filtro:
Vr = Vmax / 2f * Rl * C
Donde:
Vr = voltaje de rizo
Vmax = voltaje pico mximo
f = frecuencia de la CA de entrada
Rl = resistencia de carga
C = el valor capacitivo de nuestro filtro
Aclarada la formula procederemos a determinar los valores de cada incognita para
la realizacin de los clculos.
Primero obtenemos nuestra resistencia de carga aproximada (minima) checando
las especificaciones de nuestros reguladores de voltaje que utilizaremos (los
cuales se precisaran mas adelante), encontramos que dichos reguladores
requieren de una intensidad de carga maxima para trabajar de 10 mA y un voltaje
mximo (Vin - Vout) de 40 volts. Si sabemos que la relacin entre voltaje y
amperaje nos dice que para tener un voltaje mximo nuestro intensidad tambin
tiene que serla, y que si tenemos una intensidad mxima nuestra resistencia de
carga ser minima. Por lo tanto determinamos nuestra resistencia de carga
dividiendo el valora del voltaje entre el valor de intensidad, obteniendo que nuestra
resistencia minima en nuestros reguladores sern de 4000 ohms.
Segundo tenemos que nuestro voltaje pico mximo es igual al voltaje efectivo
despus de ser rectificado el cual es 19.8132 volts; esto lo determinamos
multiplicado el voltaje rms de salida del transformador segn sus especificaciones
por la raz cuadrada de dos, para obtener sus voltaje efectivo, acto seguido le
restamos 1.4 v que son los voltajes consumidos por los dos diodos de silicio que
actan en esa lnea de rectificacin del puente de diodos, obteniendo lo siguiente:
(30 v * 2) 1.4v = 19.8132 volts
Determinado lo anterior lo de mas es considerablemente sencillo, puesto que ya
sabemos la frecuencia domestica que es de 60 hz, y el voltaje de rizo que se dese
como resultante el cual ser de 0.2 volts. Entonces ya estamos listos para
sustituirlos en nuestra ecuacin.
Sustituyendo tenemos que:
0.2v = 19.8132v / 2(60hz) * (4000homs) * C
C = 19.8132v / 96000
C = 206.3875 microFradios
Ya tenemos nuestro valor capacitivo de filtro segun nuestros calculos, pero nos
encontramos con la problemtica de que ese valor no se maneja comercialmente;
entonces que hacemos, fcil elegimos el valor comercial mas cercano a nuestro valor
obtenido mediante calculos que vendra siendo un valor capacitivo de 220 microFaradios,
cabe mencionar que dicho capacitor electroltico tiene que soportar el voltaje que emana
de nuestra fuente por lo tanto se decidio conseguir capacitores con dicho valor de
capacitancia pero con una capacidad como minimo de 50 volts.
Reguladores de voltaje (imagen 5)
imagen 5: regulador de voltaje
para este proyecto ocuparemos dos reguladores de voltaje los cuales sern el lm317 (+) y
el lm337 (-); esto debido a que necestamos que sea una fuente regulable y adems
simtrica, caractersticas que estos dos reguladores nos pueden ofrecer.
Dichos reguladores ocupan dos resistencias para regular su voltaje de salida la primera se
deniminara R1 y la segunda R2, siendo R1 una resistencia con valor fijo, la cual actua
como una especie de referencia para el regulador y R2 que ser un potencimetro que
nos servir para regular nuestro voltaje.
Para determinar el valor de estas dos resistencias se utiliza una ecuacin dada por el
fabricante, en la cual se propone a R1 y R2 se obtiene despejando la ecuacin. Pero dado
que que sabamos con antelacin que nos enfrentaramos a un problema similar al
anterior con respecto a la disponibilidad de valores comerciales de potencimetros se
obto por proponer a R2 con un potencimetro de 5 kohms, teniendo que encontrar de esa
manera solo a R1 y asegurndonos asi que el valor de nuestra resistencia y por ende de
nuestro voltaje de salida no variara mucho con respecto a los objetivos buscados en este
proyecto.
Tenemos que:
Vo = Vref ( 1+R2/R1) + Iaj * R2
Donde:
Vref = 1.25v
Iaj = 100microAmperes
R2 = 5kohms
Vo = 15v
Sustituyendo nos queda:
15v = 1.25v (1+5kohms / R1) + 100microA * 5kohms
Por lo tanto:
R1 = 6250v* / 13.25v
R1 = 471.6981 ohms
Ajustamos el valor de resistencia obtenido al valor comercial mas cercano y nos
queda R1 = 470 ohms, con esto nos aseguramos que nuestro voltaje no estar
muy lejos del buscado en nuestros objetivos y podremos regularlo de 0 a 15 volts.
Cabe mencionar que para ambos reguladores de voltaje se respetaron los valores
del condensadores de desacoplo C1 y C2, recomendados por los fabricantes los
cuales vendran siendo C1 = 0.1 microFaradio, C2 = 1 microFaradio para el
regulador LM317(+) y C1 = 10 microFaradios C2 = 1 microFaradio para el
regulador LM337(-), esto con la finalidad de evitar la osilaciones dentro del
regulador debido a la inductancia de las terminales del transformador, que se
encontrara cerca de los reguladores.
Ventilador (imagen 6)
imagen 6: ventilador
El objetivo del ventilador es proporcionar un ambiente ventilado al circuito y ayuda
a los reguladores para que tengan una buena temperatura. El ventilador consume
12 voltios y tiene una disipacin de potencia de 2.76 watts, por lo que sabemos
que su intensidad ser de 0.23 A, entonces la resistencia que este debe de tener
es:
R = V / I
R= 12V / 0.23A
R = 52.2 Ohms
Pero al usar una de ese valor el ventilador trabaja al mnimo, en este caso, use
una resistencia de 23 ohms y el ventilador trabaja a una velocidad regular. Ahora
sabemos que el ventilador tiene una potencia de 2.73 watts, entonces eso significa
que nuestra resistencia debe tener como minimo una disipacin de 3 watts, para
que esta no se sobrecaliente y se queme.
Para dicho ventilador utilizamos tambin un capacitor que servir para estabilizar
los picos del voltaje proveniente del rectificador de media onda que se
implementara para el ventilador. Esto lo hacemos utilizando la siguiente formula
para obtener un filtrado minimo del 10%.
C = 5 * I / f * Vmax
Donde:
C = capacitancia del filtro
I = intencidad demandada por el ventilador
F = frecuencia de CA de entrada
Vmax = voltaje pico mximo o voltaje efectivo
Despejando obtenemos:
C = 5 * 0.23 A / (60 hz) * ((15*2) - .7)
C = 1.15 A / 1230.8
C = 934.35 microFaradios
Igualando este valor a un valor comercial obtenemos que el filtro para el ventilador
ser de 1000 microFaradios a 50 volts (como minimo).
Con esto concluimos con la seleccin y calculo de los materiales mas relevantes
a utilizar, ahora procederemos a hacer el diagrama del circuito adecundonos a
las especificaciones anotadas con anterioridad.
Diagrama del circuito (imagen 7)
imagen 7: diagrama terminado de fuente
hemos realizado el diseo del diagrama de nuestra fuente con ayuda de un
software para simulacin obteniendo lo que se muestra en la imagen anterior,
posteriormente con ayuda del mismo software realizaremos en diseo del pcb que
utilizaremos para hacer el circuito impreso de nuestra fuente obteniendo loque se
muestra en las imgenes siguientes (imgenes 8 y 9).
imagen 8: pcb del circuito vista real
imagen 9: pcb vista para imprimir
hasta este punto todo el trabajo ha sido en referencia al diseo de la fuente,
pero ha llegado la hora de ensuciarnos un poco las manos. Entonces
procederemos a imprimir el circuito en placa fenlica y soldar todos los
componentes hasta dar por concluido la construccin de la fuente. Como podemos
observar en las siguientes imgenes (imgenes 10, 11, 12 , 13, 14 y 15).
imagen 10: circuito en placa fenlica
imagen 11: montado de componentes
imagen 12: acondicionamiento del cuerpo exterior de la fuente
imagen 13: ensemble de placa
imagen 14: circuito terminado vista interior
imagen 15: fuente terminada
CONCLUCION
La realizacin de este proyecto fue llevada acabo con xito, logrando cumplir con
todos y cada uno de los objetivos planteado para este proyecto, dicho proyecto
sirvi para solificar los conocimiento obtenidos durante esta primera parte del
curso de electrnica analogica, quedando plasmados estos conocimientos en la
realizacin exitosa del proyecto en cuestin.
BIBLIOGRAFIA
http://electronica.webcindario.com/tutoriales/fuentes10.htm http://www.monografias.com/trabajos71/fuente-regulable-voltaje/fuente-regulable-voltaje.shtml