Proyecto #3 Fuente simétrica variable de tensión de corriente directa

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Ingeniería Mecatrónica

                                            Fundamentos de Electrónica

                                                           Proyecto #3

Fuente simétrica variable de tensión de corriente directa

                                                             Profesor:

                                 CARVAJAL GÁMEZ BLANCA ESTHER

Fecha de entrega:

Lunes 29 de junio de 2015

OBJETIVO GENERAL

Construir una fuente de tensión de corriente directa (CD) con una salida variable positiva, una salida variable negativa y otras de valor fijo positivo. La fuente podrá proveer dos valores distintos de tensión a la vez.

Objetivos específicos:

• Modelar, simular y armar un circuito dividido en secciones que generarán las salidas de tensión variables y fijas.
• Realizar cálculos para determinar los valores de resistencia y potencia adecuados para los resistores necesarios a la entrada de los reguladores de tensión variable.
• Hacer una placa de circuito impreso (PCB) a partir del circuito simulado.
• Introducir todos los elementos electrónicos de la fuente finalizada dentro de una carcasa con salidas de tensión establecidas, perillas para regular el valor de tensión variable y dos display para observar el valor de tensión en las salidas variables.

INTRODUCCIÓN

Las fuentes de corriente directa, también llamadas fuentes de alimentación, son un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta o, dentro de un laboratorio de electrónica, más comúnmente, a los múltiples circuitos armados de los cuales se realizan pruebas o demostraciones.

El esquema básico de una fuente de alimentación se compone de cuatro etapas, mostradas en la Figura 1.

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Figura 1. Diagrama de la fuente de alimentación.

A continuación se explica la función de cada componente:

Transformador. El transformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente de 220 o 127 V) a otra tensión más adecuada para ser tratada. Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas, esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también.

Rectificador de diodos. El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos que dejan pasar solo los valores positivos de la onda generando corriente continua. Con los diodos se realiza un puente H, el cual tiene cuatro terminales, dos para la entrada en alterna, una para la salida positiva y otra para la positiva.

Filtrado. 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. Esta etapa le da calidad a la corriente continua y suaviza el voltaje, por medio de elementos electrónicos llamados capacitores.

Para obtener el resultado de filtrado se coloca un capacitor a la entrada del regulador; sin embargo, en algunos casos puede no ser suficiente. En este proyecto se ha colocado otro capacitor a la salida del regulador asegurando una señal continua.

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 se quiere.

Ya que la fuente de este proyecto debe tener salidas de tensión fija y variables, es preciso mencionar los diferentes reguladores utilizados para cada parte.

Fuente fija

En la Figura 2 se muestra el circuito de una fuente regulada fija, el valor de la salida dependerá del regulador empleado.

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Figura 2. Esquema de una fuente de alimentación regulada.

Para obtener a la salida una tensión positiva se utilizan reguladores de la serie 78XX, cuya tensión entre sus terminales es de XX volts. Si se requiere una tensión negativa se emplean reguladores de la serie 79XX. En este caso solo se utilizaron los 78XX.

Fuente simétrica variable

La fuente variable tendrá el mismo esquema que la fija a excepción de la etapa de regulado. Se requiere de reguladores LM317 y LM337, el primero trabajará con tensiones positivas y el segundo con tensiones negativas. Estos reguladores proporcionan una tensión de salida variable sin más que añadir una resistencia y un potenciómetro. El esquema a seguir es el siguiente:

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Figura 3. Fuente variable con regulador LM317.

Una fuente simétrica variable se construirá siguiendo el esquema de la Figura 2, cambiando el tipo de regulador y agregando una segunda parte con el regulador negativo que se conectará a la terminal negativa del puente H y las tierras se unirán a una tierra fija donde estará conectada la derivación central del transformador.

DESARROLLO

Materiales:

1. Resistencia  10k
2. TIP 32
3. Regulador 7812
4. Regulador 7809
5. Regulador 7812
6. Capacitor electrolítico a 50v de 4700uF
7. Capacitor cerámico debe de ser > 100uF
8. Un puente diodos encapsulado o 4 diodos 1N4001
9. Un transformador reductor de 127 – 30v @60Hz
10. Un toma corriente de la instalación eléctrica del hogar
11. Potenciómetros de 5 kOhm
12. Puertos de conexión de 3 bornes.
13. Soldadura
14. Cautín
15. Una placa de acetato para circuitos impresos de 20x 10 cm aprox.
16. Perillas con entrada de potenciómetro (x2)
17. Un vóltmetro con display
18. Regulador LM317
19. Regulador LM 337
20. Una caja de plástico para montar la fuente.
21. Un taladro con brocas delgadas.
22. Cloruro Férrico para la placa impresa.
23. Fuente de luz ultravioleta
24. Una hoja de acetato negra para la impresión del circuito con impresora láser.

Primero realizamos una simulación en Proteus para ver que este funcionara correctamente, como se pue ver en la Figura de abajo.

El circuito mostrado en la Figura 1 es el correspondiente al de una fuente variable (1.2-18 volts) y fija (12-9-5 volts respectivamente).

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Figura 4. Circuito completo de la fuente

Su funcionamiento agrandes rasgos es la reducción de tensión de entrada con el uso de un transformador reductor, aplicando a sus terminales del bobinado primario una tensión de 127V @60Hz, provocando una inducción en el secundario de más menos 30 V ca. Una vez teniendo la reducción de tensión colocamos un puente de diodos que, como se sabe, rectifican la señal de alterna para tener semi-ciclos ya sean positivos o negativos, la señal de salida se mandará a la terminal positiva del capacitor 1 (electrolítico) que retirará el voltaje de rizo que se genere, y a su vez se hará pasar a un 7812 el cual regulará la tensión de entrada, para al final pasar a un capacitor cerámico en la salida. Estos pasos serían apara la fuente simétrica fija. El uso de un 78xx donde xx es 12, indica la tensión a la que regularemos, para la positva, de manera análoga tenemos con el 7912 o 79 xx, para el semi-ciclo negativo de la fuente.

Debido a que requerimos de tres salidas fijas, es necesario cambiar los reguladores 78xx y 79xx por 05 para la de 5 volts y 09 para 9v, estos valores se pueden ver en la Figura 2.  

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Figura 5. Bornera de la fuente

En la Figura 2 es posible ver los bornes de conexión que tienen tensión constante de 12 v, 9v y 5v en sus terminales.

Ahora como pudimos ver en la Figura 1 nuestra fuente consta con una fuente variable que va de los 1.2v hasta 18v de CD. En la Figura 3 es posible ver las perillas que le colocamos para regular la tensión de salida en dichos bornes para banana.

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