INTRODUCCION

Para finalizar el periodo academico se realizo un proyecto final en donde se explica el diagrama de bloques para la fuente de alimentacion, el diagrama se divide en el bloque de entrada de voltaje AC, bloque circutio rectificador, bloque filtro con capacitor, bloque regulador de voltaje y bloque de carga. Este trabajo presenta todas los pasos que se tuvieron en cuenta para ir construyendo la fuente de alimenatcion regulada con proteccion contra cortos circutios, se identifican los datos y las formulas necesarias para desarrollar los calculos matematicos de los componentes que integran el circuito. En la solucuion de cada bloque se encuentra la explicacion de las caracteristicas cada componente y que funcion incluira al circutio. El software Proteus fue fundamental para la ejcecucion de todas la actividades dado que por medio el podiamos visualizar los resultados que emite cada componente y asi verificar con los datos teoricos con la funcionalidad o error del mismo. Se registran pantallazos de cada bloque de la fuente comprobando sus resulados. Fue una gran practica de buen conocmiento en la electronica analoga logrando comprender de donde proviene y como podemos utlizarla, se logra diferenciar la corriente alterna de la corriente continua por medio de la simulacion, las fuentes de alimentacion se encuentran en la mayoria de los electrodomesticos que usamos y por esto es tan importante tener su conocimiento y aplicarlo en nuestra profesion de ingeniera de telecomuniaciones

SIMULACION DEL CIRCUITOFinalmente se construye en el Simulador Proteus el circuito de la fuente de alimentacin regulada utilizando los valores para cada componente anterriormente calculados. En la simulacion se presenta el circutio de fuente regulada protegido contra cortos construida con puente de diodos, con amplificador operacional AU741 en modo comparador y una configuracion Darlintong en la transistores bipolares.

4.1 Grafico del voltaje de salida: Para visualizar el voltaje de salida se utilizaron 2 herramientas el voltmetro digital DC y el probador de voltaje; Las dos herramientas muestran un voltaje diferente pero muy cercano. Voltaje voltmetro DC=12V; Voltaje Probador de voltaje=11.96V

Teniendo en cuenta las prdidas del voltaje o corriente que pueda tener el simulador el voltaje de salida demuestra las 12V necesarios para la fuente.

Anlisis: El voltaje de salida de la fuente demuestra una corriente continua constante, una seal sin distorsin.

En el sociloscopiso se observa que el volatje de salida DC =12V

4.2 Grafico de la corriente de salida: S e realiza la medicin de la correinte con la herramienta ampermetro y se ubica en el trayecto de la lnea final del circuito.

El circuito demuestra que su corriente de salida es de 0.9A, realizando la conversin de miliamperios es = 900mA, lo que indica que corresponde a la corriente necesaria para nuestra fuente de alimentacin.Verificando con otra herramienta de medicin se utiliza el probador de corriente, este arroja en valor muy aproximada al ampermetro = 0.899A lo que quiere decir = 899mA.

ANLISIS DE RESULTADOS

4.3 Redacte la explicacin detallada de todo el sistema (teora de funcionamiento del circuito)

Se logra identificar que para muchos dispositivos electrnicos de nuestra actualidad se configuran para trabajar con una fuente de alimentacin de D.C. estos componentes electrnicos se encuentran en dispositivos como celulares, computadoras, equipo de red que necesitan de voltajes pequeos una gran corriente para su buen funcionamiento.Para concluir las pasos que se tuvieron en cuenta para la elaboracin del fuente de alimentacin regulada con proteccin contra cortos circuitos se utiliz en el siguiente diagrama de bloques.Diagramas de bloques funcionales de la fuente de alimentacin.

ENTRADA DE VOLTAJE AC: En este proceso se utiliz la corriente de la red elctrica pblica que es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales elctricas y que llega hasta nuestras viviendas y que utilizamos desde los tomacorriente proporcionado un voltaje de 120V con una frecuencia de 60Hz este tipo de corriente la intensidad varia con el tiempo, adems cambia de sentido de circulacin entre los dos polos en forma de onda senoidal, no es constante, a continuacin se ve cmo se grafica de la tensin en corriente alterna.

Transformador: Los 120V que llegan de la red pblica se conectan a un trasformador que nos permite en este caso disminuir la corriente manteniendo la misma potencia y la misma frecuencia.El circuito solicita una voltaje de entrada de 20V pico este se encuentra en el segundo devanado del trasformador con una frecuencia de 60Hz; El devanado primario recibe los 120V pero en la circulacin de corriente al segundo devanado se observa que tiene menor nmero de vueltas en su interior por este motivo el voltaje que entrega por el segundo es menor.

CIRCUTIO RECTIFICADOR:Conociendo que el voltaje del devanado secundario es de 20VAC Pico se inicia el diseo del segundo bloque el eleeno fundamental una fuente de alientacin en este caso se solicita sea un circuito rectificador de onda completa tipo puente.

.Cicuito rectificador de onda completa: Los rectificadores son circuitos realizados con diodos, capaces de cambiar la forma de onda de la seal que reciben en su entrada se encarga de convertir esa corriente alterna en corriente continua. Para este circutio se ultilizo 4 diodos 1N4002 se integran estos elementos en el circuto, en la simulacion con Proteus se observa que la corrirente es pulsante y va en un solo sentido, se ubica en la parte positiva del plano cartesiano. La frecuencia del circuito ahumneta al doble y se encuentra una perdida de voltaje.

En la siguiente grafica se demuestra el comportamiento de los diodos D1-D3 que condcuen positivamente rectificando la onda positiva y los diodos D2-D4 que conducen negativamente pero produciendo una onda positiva

La amplitud de la o nda es medida con el osciloscopio en donde se observa que su voltaje es 20V.

Se observa que en el oscilospcopio que el valor inferior de la amplitud es del voltaje es 13.2V y el valor maximo de la amplitude es 20V.

FILTRO CON CAPACITOR: La funcin principal de un filtro no es otra que la de minimizar el efecto ondulante de esa seal a esta ondulacin en la prctica se la denomina rizado y podemos determinar su valor por medio del factor de rizado; que no es ms que la relacin que existe entre el valor eficaz de la ondulacin y el valor medio de la misma, osea el valor eficaz de la tensin de rizado y la tensin continua de salida (Vs media). Se suele expresar en tanto por ciento, y podemos considerar ptima (siempre dependiendo de las aplicaciones) una seal de salida con un factor de rizado menor del 10%. Para el bloque de filtro capacitor se realizaron los respectivos calculos para saber su valor el cual era necesario para soportar una correinte de 900mA y no superar un voltaje de rizado de 0.5VPP.De acuerdo a la frmula:

Se obtienen los siguientes datos:

Se despeja C:

FReemplazando la formula

15000000

Con el valor obtenido del condensador se conecta al circuito de corriente DC y se obtiene el siguiente resultado en la simulacin.

El condensador de 15F logro reducir el rizado total en la onda, tambin al pasar por este componente se observa una reduccin de voltaje de 20VP a 18,5VP.

REGULADOR DE VOLTAJE: En esta fase el diseo el circuito que tuvo como objetivo mantener constante el voltaje de salida, independientemente de las variaciones en el voltaje de entrada o de la corriente demandada por la carga. El tipo de regulador solicitado en el diseo de la fuente de alimentacin es el regulador de tensin lineal o serie por una etapa de tensin referencia lograda con un regulador Zener, un circuito de muestreo el cual detecta variaciones de tensin en la salida esto se logra con dos resistores en configuracin de divisor de voltaje, el amplificador de error o circuito comparador se usa un amplificador operacional y finalmente como elemento de control se usa un transistor Darlington. El diodo que se utiliz para estabilizar el voltaje es el Zener 1N750; Para la referencia de tensin se debe hallar el valor de la resistencia limitadora de corriente que mantendr al Zener en un punto de operacin seguro. Usando la hoja del fabricante del Diodo Zener 1N750 se completaron los siguientes datos del voltaje zener, corriente mxima zener y potencia zener:

4,775mA400W

Para hallar el valor de la resistencia limitadora se tuvieron en cuenta varios valores de la tabla del fabricante para obtener su resultado y se utilizaron las siguientes formulasFORMULADEFINICION

Valor de la fuente de tensin no regulada

Corriente en el Zener

Mnimo valor para el resistor limitador de corriente

Mximo valor para el resistor limitador de corriente

Valor ptimo para el resistor limitador de corriente

Corriente de salida

Corriente mnima Zener

Potencia mxima soportada por el Zener (parmetro en hoja del fabricante)

Potencia disipada por el Zener

Voltaje Zener (parmetro en hoja del fabricante)

Corriente en el Zener

Luego de conocer los valores de VZ y Izmax para el diodo 1N750 se hall el valor de RS que es la resistencia limitadora de corriente para mantener al diodo Zener en un punto de trabajo seguro por medio de la siguiente formula:

Se ingresa el diodo Zener y la resistencia limitadora de corriente en el circuito rectificado con cuatro diodos y un condensador de 15F. A travs del Software Proteus se realiza la medicin de salida voltaje Zener. Segn del Voltmetro tiene una marcacin o voltaje que estabiliza el el diodo Zener de 4.7V.

Para este punto se mantiene una onda lineal DC sin distorsin con un voltaje pico de 4.7V

Circuito de muestreo y amplificador de error:El circuito de muestreo est constituido por dos resistencias R1 y R2 que forman un divisor de tensin, el valor de R2 se toma de manera arbitraria y en este proyecto ser de 1K. Se sabe que el valor de tensin de salida del regulador Vsal = 12 V y como se cuenta con el valor de R2 se puede entonces proceder a encontrar el valor de R1 despejando de la siguiente frmula de divisor de tensin.

DESPEJANDO LA FORMULA

Para elegir el amplificador operacional que se us se tuvo en cuenta la tensin de polarizacin que este puede soportar para ello se verifico en la hoja del fabricante si el amplificador operacional UA741 puede ser implementado sin ser destruido.

Se analiza que el amplificador operacional seguro usarlo porque el elemento corresponde a las caractersticas necesarias para el buen funcionamiento del circuito entregando el voltaje que se necesita nuestra fuente de alimentacin regulada. Los amplificadores operacionales en su voltaje de salida tienen una resistencia muy baja y por eso la corriente no sufre distorsin, el valor de voltaje de salida para este circuito es de 12V DC positivos, una caracterstica importante es que su salida es protegida contra corto circuitos.Se integran al circuito el amplificador operacional UA741 y las dos resistencias divisoras de voltaje de la siguiente manera: En la segunda parte de la fuente de alimentacin en donde el circuito se encuentra construido con el diodo Zener 1N750, tres resistencias RS=710, R1=1.5, R2=1., y un amplificador operacional UA741. El diodo Zener est alimentando al amplificador operacional con el pin 3 con 4.7V; El pin 2 se conecta al divisor de voltaje entre R1 y R2, el pin 7 a la entrada de voltaje positiva y el pin 4 a la entrada negativa, el pin 6 nos est entregando un voltaje de salida .

Tal y como podemos ver en la siguiente ilustracin la tensin a comparar se hace llegar tambin a la entrada no inversora (V+), mientras que la inversora (V-) recibe otra tensin que proviene del divisor de tensin conformado por (R1=1.5K y R2=1K). Dicha tensin constituye la tensin de referencia (Vref.). Por lo tanto, Si la tensin V+ es mayor que V- o V ref. la salida ser de nivel alto.

El amplificador operacional est configurado de modo comparador lo que significa que al presentarse una tensin muy pequea (4.7V) en la entrada no inversora el operacional pasa a saturarse con lo que la salida del mismo ( ofrece una tensin prxima a la de la alimentacin positiva lo se denimina nosotros nivel alto.

Ganancia ALC de lazo cerrado de amplificador:

CARGA: Elemento de control. El amplificador operacional no tiene la propiedad de poder manejar grandes corrientes en su salida es por ello que al disear un circuito regulador de tensin se emplean transistores como elementos para el control de la carga, los transistores ofrecen la solucin para lograr tener corrientes altas en la carga.Para el diseo de la fuente de alimentacin se solicit que se empleara una configuracin transistor Darlington cuyo nmero de referencia es 2N6547 fue necesario comprobar si este transistor es adecuado usarlo en el diseo del regulador serie teniendo en cuenta los parmetros de la hoja de caractersticas dada por el fabricante frente a los requerimientos del diseo.

Desde el datachip del Transistor 2N6547 completo los siguientes datos:

15 A60400 V175 W10 A

Para este bloque fue necesario calcular la resistencia de carga RL teniendo en cuenta que la corriente de carga y que se conoce tambin el voltaje de salida regulado 12V.Para hallar el valor de la Resistencia utilizamos la frmula de la ley de ohm:

Con el objetivo de conocer si el transistor 2N6547 soporta la potencia que se disipara para una corriente de carga de se calcula el valor de la potencia disipada en el transistor teniendo en cuenta las siguientes formulas:

Si tenemos en cuenta las caractersticas del fabricante, el transistor tiene una corriente mxima de 15A para el circuito necesitamos 900mA el transistor soportar este flujo de corriente; De igual manera el transistor tiene una potencia disipada de hasta 175W de y si al realizar el clculo de la formula, obtenemos como resultado de potencia disipada. Se concluye que el el transistor cumple con los requisitos para ser utilizado en la prctica.Proteccion contra corto circuito: Finalmente con el objetivo de proteger los dispositivos que conforman la fuente de alimentacin es necesaria la implementacin de alguna tcnica de proteccin contra corto circuito, es por ello que se usara el arreglo de limitacin constante de corriente el cual para este diseo limitara 1.2 A la mxima corriente a circular en la carga . Para hallar la resistencia lmite del transistor 2QN2222 fue necesario investigar la corriente mxima que soporta el elemento con el dataship el cual nos indica que su corriente max= 800mA con este valor se halla la resistencia para la base y emisor. El voltaje se halla luego de medir el voltaje de entada en el colector que es =12V.Con estos valores reemplazamos en la siguiente forma para hallar el valor de :

Los circuitos de fuentes reguladas estn diseados con un circuito de proteccin cuyo objetivo es limitar o anular la corriente del elemento en serie. Los circuitos de proteccin se disean para estar inactivos en su operacin normal pero se activan tan pronto se excede el nivel mximo de corriente y evita que la corriente circule por el transistor en serie (Q2N6059) con configuracin Darlintong. La tcnica consiste en que la resistencia limitadora evala el valor de la corriente mxima, cuando esto ocurre se presenta una cada de voltaje y hace que el transistor Q2N2222 no conduzca hasta que el nivel de tensin alcance un nivel adecuado. Su principal desventaja puede ser que cuando el corto circuito demora mucho tiempo el transistor Q2N2222 se puede calentar y se genera una sobrecarga.Con los valores obtenidos de RL=13.3 y se realiza la simulacin del circuito total en proteus.

Medicin del voltaje y corriente de salida

Se puede observar que en la salida del circuito las medidas del voltaje y de corriente son ideales para nuestra fuente de alimentacin regulada con proteccin contra corto circuito.

CONCLUSIONES

En este trabajo se estudi todos los bloques funcionales de la fuente de alimentacin. Se analiza las diferencias del comportamiento de la corriente alterna y continua. Con el manejo de Proteus se logr simular el circuito y por medio de la herramienta osciloscopio se puedo visualizar los cambios cada bloque del circuito. Se comprende la forma de pasar de corriente alterna a corriente continua por medio de los diodos. El condensador ayuda a que el rizado de la onda tenga una amplitud ms pequea logrando una onda lineal. El diodo Zener reduce y estabiliza el voltaje de entrada al amplificador operacional y este aumenta el voltaje en su salida. Si se miden las corrientes de entrada inversora y no inversora en el amplificador operacional su valor es cero. Los amplificadores operacionales tienen una resistencia muy baja en su salida con el propsito de que la corriente salga sin distorsin. Despus dela instalacin de amplificador operacional todo el circuito emite un voltaje de salida de 12V. Se encuentra dos frmulas para hallar la ganancia del Amplificador operacional. El amplificador operacional UA741 es un circuito integrado para varios transistores en su interior.

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