lab fuentes alimentacion

Servicio Nacional de Aprendizaje SENA. Utilizar Variables Físicas y Matemáticas en la Solución de Problemas.

LABORATORIO DECIRCUITOS

Practica #1

Fuentes de alimentación


RESUMEN:Con el desarrollo de ésta práctica se pretende conocer el funcionamiento de componentes para realizar y diseñar una fuente de voltaje. Se espera que el aprendiz sea capaz de diseñar un circuito que cumpla con las especificaciones del cliente , así como las características técnicas de cada uno de estos. Así como la manera correcta de polarización para que estos dispositivos hagan el trabajo en el circuito.

Palabras Claves:

Diodos

Semiconductores

ABSTRACT: With the development of this practice it is to understand the functioning of components for design and a voltage source . It is expected that the trainee is able to design a circuit that meets customer specifications and techniques of each of these characteristics. And the correct way to polarization so that these devices do work in the circuit .

KEY WORDS:

Resources

Desings

Transforms

Rectificators

Diodes

Regulators

INTRODUCCIÓN

La corriente alterna es la más usada en la actualidad por su fácil distribución, pero muchos de los componentes electrónicos que usamos necesitan de corriente continua para su funcionamiento. Es por ello que es necesaria la fuente de alimentación.

Ésta es capaz de transformar la corriente alterna 220v o 110v a corriente continua de diferentes configuraciones y dispositivos.

Las configuración de una fuente alimentación es diferente dependiendo del uso que se le vaya a dar así como asegurar la estabilidad del circuito. Es por eso que existen sin número de fuentes alimentación Con distintos diseños orientados a

diferentes usos y explicaremos una de toda esa variedad existentes.

La configuración más sencilla y usada es la lineal: : transformador, rectificador, filtro, regulación y salida.

En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión

y proporciona aislamiento galvánico. El circuito que convierte

la corriente alterna en corriente continua pulsante se llama

rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye

el rizado como un filtro de condensador. La regulación, o

estabilización de la tensión a un valor establecido, se consigue

con un componente denominado regulador de tensión, que no

es más que un sistema de control a lazo cerrado

(“realimentado”,que en base a la salida del circuito ajusta el

elemento regulador de tensión que en su gran mayoría este

elemento es un transistor. Este transistor que dependiendo de

la tipología de la fuente está siempre polarizado, actúa

como resistencia regulable mientras el circuito de control juega

con la región activa del transistor para simular mayor o menor

resistencia y por consecuencia regulando el voltaje de salida.

Este tipo de fuente es menos eficiente en la utilización de la

potencia suministrada dado que parte de la energía se

transforma en calor por efecto Joule en el elemento regulador

(transistor), ya que se comporta como una resistencia variable.

A la salida de esta etapa a fin de conseguir una mayor

estabilidad en el rizado se encuentra una segunda etapa de

filtrado (aunque no obligatoriamente, todo depende de los

requerimientos del diseño), esta puede ser simplemente

un condensador. Esta corriente abarca toda la energía del

circuito, para esta fuente de alimentación deben tenerse en

cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir las

características del transformador.

Fuentes de alimentación conmutadas

Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kHz típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados). La forma de onda cuadrada resultante se aplica a transformadores con núcleo de ferrita (Los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (con diodos rápidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia y por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas


comparándolas con fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes.

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN

Básicamente, una fuente de tensión consta de 4 partes:

1. El transformador 2. Circuito rectificador 3. Circuito de filtro 4. Regulador

* Circuito de Protección

*Muchas fuentes utilizan un circuito de protección el cual nos alerta si hay sobrecargas en el circuito utilizando un diodo LED, su utilización no interfiere en ninguno de los procesos de la fuente (transformación, rectificación, filtrado, regulación)

En el siguiente grafico se observa el esquema de las partes de una fuente:

ANALISIS DEL DIAGRAMA DE BLOQUES

1. El transformador: 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


comparándolas con fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no

a equipos próximos a estas fuentes.

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNA FUENTE DE

Básicamente, una fuente de tensión consta de 4 partes:

*Muchas fuentes utilizan un circuito de protección el cual nos alerta si hay sobrecargas en el circuito utilizando un diodo LED, su utilización no interfiere en ninguno de los procesos de

icación, filtrado, regulación)

En el siguiente grafico se observa el esquema de las

ANALISIS DEL DIAGRAMA DE BLOQUES

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).

Se diseñaron 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

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 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 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 transpenergía 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 vueltasrelación de transformación.La potencia aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 Amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

2. Rectificador


e se obtiene a la salida) manteniendo la frecuencia

Se diseñaron 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

os 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 plicada al devanado primario y la fuerza electromotriz

), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario

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

os 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

relación de vueltas del transformador o .

La potencia aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la

encia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 Amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios


Dispositivo convertidor de corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sea semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio. Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases. Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales:

Ya que el rectificador se conecta después del transformador, entonces ingresa por él tensión alterna y tendrá tensión continua a su salida, es decir, un polo positivo y otro negativo:

La tensión Vi es alterna y senoidal, esto quiere decir que a veces es positiva y otras negativa. En un osciloscopio observaríamos la siguiente señal:

La tensión máxima a la que llega Vi se le llama tensión de pico y en la gráfica aparece como Vmax. La tensión de pico no es lo mismo que la tensión eficaz pero están relacionadas, Por ejemplo, si compramos un transformador de 6 voltios, entonces serán 6 voltios eficaces, estaríamos hablando de Vi pero, la tensión de pico Vmax vendrá dada por la ecuación:

Vmax = Vi * 1,4142

Para el ejemplo Vi=25V entonces:

Vmax = 25 * 1,4142 = 35 V

Rectificador en puente:

El rectificador más usado es el llamado rectificador en puente y es que el usaremos en nuestra fuente, su esquema es el siguiente:

Cuando Vi es positiva los diodos D2 y D3 conducen, siendo la salida Vo igual que la entrada Vi Cuando Vi es negativa los diodos D1 y D4 conducen, de tal forma que se invierte la tensión de entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva.

El resultado es el siguiente:


Observamos en la figura que aún no se ha conseguido una tensión de salida estable, es por ello que será necesario un filtro.

3. Filtro La 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.

La configuración mas utilizada 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:

Con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL):

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. Esto sucede porque 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. El regulador:

Un 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 esta sección nos centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que son los más sencillos y de menor valor, es la mejor opción.

Este es el esquema de una fuente de alimentación regulada con uno de estos reguladores:


olaDISEÑO DE LA FUENTE

DIAGRAMA DEL CIRCUITO

Voltaje mínimo a la salida

Voltaje máximo a la salida

MATERIALES

Puente rectificador= 4 Diodos de 1 Amperios D1 =1 Diodo LED ROJO D2 =1 DIODO N4148 D3= 1 Diodo de1 Amperios D4= 1 Diodo LED VERDE D5=1 Diodo led verde de 1 Amperios D6= 1 Diodo Zener 25 voltios R1= Resistencia de 1Ω R2= Resistencia de 1.8KΩ R3= Resistencia de 10Ω, 2WATTS R4= Resistencia de 220Ω R5= Resistencia de 2.2KΩ P1= Potenciómetro de 5KΩ C1= Condensador de 2200uF C3= Condensador de 100Nf U1= Integrado LM317T Transformador 30 Volts 1.5 Amperes Protoboard Especificaciones técnicas del integrado LM317T:


ESPECIFICACIONES DE LA FUENTE

Voltaje de salida: 0 a 25v LED de Encendido: Si, cuando esta energizado el circuito el LED Verde se prende automáticamente Circuito de protección: Si, al hacer corto circuito en las terminales, el diodo LED se encenderá para avisarnos de sobrecarga. Variación de Voltaje: Potenciómetro

PROBLEMAS Y SOLUCIONES

Problema N°1:

LED de protección (LED rojo) no prende debidamente, al hacer corto circuito en los terminales se prende de manera fugaz cuando debería mantenerse constante.

Solución: Ya que el transistor debe llegar a su punto de saturación para que deje prender el LED de protección se tenía que poner una resistencia de base que sature. La resistencias que tuvimos que poner fue de 1Ω (R3) y 1K Ω(R2).

Problema N°2: El circuito no regula

Solución: Ya que nos fijamos que todo estaba bien conectado, nos dimos cuenta que el circuito integrado no estaba funcionando debido a que no estaba bien conectados los cables en la protoboard

CIRCUITO EN EAGLE:

Esquemático

PCB

Bibliografía: https://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_de_alimentaci%C3%B3n

https://www.youtube.com/watch?v=xz1vZne8wMo

http://www.diarioelectronicohoy.com/blog/electronica-practica

https://www.youtube.com/watch?v=NuLjqR3mE20

https://www.youtube.com/watch?v=lkvGYqe4lns

https://www.youtube.com/watch?v=nwo9bn4krpE

https://www.youtube.com/watch?v=mk5FFn0DEk4

https://www.youtube.com/watch?v=65Fhr53vOQY

https://www.youtube.com/watch?v=EFsPnnKvCXg

https://www.youtube.com/watch?v=9cIVtMWe4Xk

https://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_flyback

http://www.tecnica1lomas.com.ar/tutoriales/manual-proteus.pdf

http://www.cadsoftusa.com/fileadmin/journalist/Documents/V6_manual_en_2.pdf