CAPITULO 1

FUENTE DE ALIMENTACION REGULADA DE 1.3-30v, 1A.

Cuando trabajamos con circuitos electrnicos, se requiere una necesidad bsica que es proveer de una fuente elctrica para que funcione. Sin esta toma de energa, el circuito no servir de nada. El propsito de una fuente de alimentacin, es hacer entrega de una o ms tensiones elctricas que pueden ser variables al circuito, con la suficiente capacidad para mantener las condiciones de operacin ideales. Hay muchos tipos de fuente de alimentacin, y pueden ser de tamao y formas variadas. Se puede decir que todos los dispositivos electrnicos que conocemos tienen uno de estos aparatos integrados, desde nuestro televisor, microondas, hasta el ordenador que tenemos en casa.

Aunque cada fuente de alimentacin tiene sus propias especificaciones y caractersticas individuales, todas ellas tienen ciertas cosas en comn. Veremos las partes de la fuente de alimentacin variable de 1.3-30v, 1A y cmo funcionan todas juntas, porque cada parte sirve para uno o ms propsitos.

Equipo 3 Grupo A

Integrantes:

MORA VERDE JUAN CAYO APAZA ISMAEL CAIRA NOA JHONATAN CHAMBI TUTACANO MIJARES LUNA CHOQUEHUANCA CARLOS QUISPE HUILCA YURBEN QUISPE OSORIO PERCY SARCCO PUMA CRISTIAN

FUENTE DE ALIMENTACION VARIABLE DE 1.3-30v, 1A

ESTRUCTURA DEL TRABAJO1 2 3 4 5 6 1-1 Descripcin del circuito1-2 Componentes de la fuente de alimentacin variable de 1.3-30voltios, 1A y sus respectivos precios1-3 Diagrama esquemtico del circuito1-4 Funcionamiento1-5 Caractersticas tcnicas1-6 Fotos del trabajo hecho1-7 Recomendaciones1-8 Conclusiones1-9 Bibliografia

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OBJETIVOS DEL TRABAJO Construir una fuente regulable variable con el LM317 para trabajar con una salida de voltaje variable de (1.3 V a 30.0Voltios) con capacidad de entrega de corriente continua de hasta de 1 Amperio. Proteger la fuente con un sistema contra cortocircuitos. Obtener una tensin de salida con baja distorsin armnica: los armnicoscon modulacin por anchura de impulsos tendrn unas frecuencias muyaltas, siendo ms fcil filtrarlos Obtener un buen rendimiento: mejorar el aprovechamiento de la potenciade la fuente de alimentacin, reduciendo las prdidas. Aprender cmo operan los circuitos de la fuente de alimentacin variable.

FUENTE DE ALIMENTACION VARIABLE CON UNA SALIDA DE VOLTAJE VARIABLE DE 1.3 A 30.0 VOLTIOS CON CAPACIDAD DE ENTREGA DE CORRIENTE DE 1AMPERIO

La corriente alterna es la ms usada en la actualidad por su fcil distribucin, pero muchos de los componentes electrnicos que usamos necesitan de corriente continua para su funcionamiento. Es por ello que es necesaria la fuente de alimentacin.

sta es capaz de transformar la corriente alterna (220v o 110v en algunos pases) a corriente continua a travs de procedimientos que se explicaran mas adelante.

Las caractersticas de una fuente alimentacin son distintas dependiendo del uso que se le vaya a dar as como asegurar la estabilidad del circuito. Es por eso que existen sin nmero de fuentes alimentacin Con distintos diseos orientados a diferentes usos y explicaremos una de toda ese gamaje de fuentes que existen.

1. 1.1. DESCRIPCION DEL CIRCUITO

Se trata de un circuito de fuente de alimentacin el cual se puede utilizar en un taller o laboratorio de electrnica como un instrumento sumamente til en nuestra mesa de trabajo. Su salida de voltaje puede variar desde 1.3 voltios hasta 30 voltios y puede proporcionarle hasta 1 amperios efectivo. Adems posee un circuito de proteccin contra cortocircuitos a base de un relay, cual le asegura que prcticamente que su fuente nunca se quemara. Este diseo presenta muchas ventajas.

1.2. COMPONENTES DE LA FUENTE DE ALIMENTACION VARIABLE DE 1.3-30v, 1A Y SUS RESPECTIVOS PRECIOSSemiconductores Precio 1 IC1 LM317 S/ 1.00 1 T1 TIP42C S/ 0.80 1 T2 2N3055 S/ 2.50 2 Q1,Q3 BC557 S/ 0.40 2 Q2,Q4 BC547 S/ 0.40 1 B1 Rectificador Puente (4 A.) S/ 1.50 1 D1 1N4007 S/ 0.10 1 DZ1 Diodo Zener (12v-1 A) S/ 0.50 2 D2,D3 Diodos LED S/ 0.10Resistencias: Las resistencias estn 3 x S/ 0.10 4 R1,R2,R5,R8 10K 1/4w 1 R3 1M 1/4w 1 R4 22k 1/4w 1 R7 47k 1/4w 1 R9 0.22 ohmios 5w 1 R10 220 ohmios 1/4w 1 R11 68 ohmios 1w 1 R12 560 ohmios 1w 1 P1 5k Pot. MonoCapacitores 1 C1 4700uf/50v electroltico S/ 2.50 1 C2 100uf/50v electroltico S/ 0.40Accesorios 1 TR1 Transformador de 30v AC de 1 S/ 20.00 1 S1 Switch N.A. S/ 0.50 1K1 Rel 12v S/ 1.50Varios Placa Impresa del Circuito S/ 5.00 1 Bornera x2 S/ 0.50 1 bornera x5 S/ 1.00 Disipador para Transistor de Potencia S/ 3.00 Caja para fuente S/ 6.00TOTAL DE GASTO S/ 52.50DESCRIPCION DE CADA COMPONENTETRANSFORMADOR DE 30VAC 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 prdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida) manteniendo la frecuencia (60 Hz).Estn basados en el principio de induccin electromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado de hierro dulce. Estas bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios.

Figura1.2.1.- Transformador

Figura1.2.2.- Representacin esquemtica del transformador Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearn un campo magntico variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magntico variable originar, por induccin, la aparicin de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.La relacin 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 nmero de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .

Ecuacin 1.2.1Esta particularidad tiene su utilidad para el transporte de energa elctrica a larga distancia, al poder efectuarse el transporte a altas tensiones y pequeas intensidades y por tanto pequeas prdidas. As, si el nmero de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, si aplicamos una tensin alterna de 230 Voltios en el primario, obtendremos 23000 Voltios en el secundario (una relacin 100 veces superior, como lo es la relacin de espiras). A la relacin entre el nmero de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relacin de vueltas del transformador o relacin de transformacin.Ahora bien, como 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 ser de solo 0,1 amperios (una centsima parte).SEMICONDUCTORES REGULADOR DE TENSION LM317El LM317 es un regulador de tensin ajustable de tres terminales capaz de suministrar ms de 1,5 A en un rango de entre 1,2 hasta 37 Voltios. Es uno de los primeros reguladores ajustables de la historia, el primero que sali fue el LM117, y ms tarde el LM137 el cual tena una salida negativa, despus le sigui el LM317 siendo notablemente popular.

Figura 1.2.3.- Circuito regulador LM317Para su empleo solo requiere dos resistencias exteriores para conseguir el valor de salida. De hecho la lnea de carga y regulacin es mejor que en los reguladores fijos. Adems de las mejores caractersticas respecto a los reguladores fijos, dispone de proteccin por limitacin de corriente y exceso de temperatura, siendo funcional la proteccin por sobrecarga incluso si el terminal de regulacin est desconectado. Normalmente no necesita condensadores mientras est a menos de 15 centmetros de los filtros de alimentacin. Dado que es un regulador flotante y solo ve la entrada a la salida del voltaje diferencial, se puede utilizar para regular altas tensiones mientras no se supere el diferencial de entrada/salida.

Figura 1.2.4.- Smbolo del regulador de tensin LM317TRANSISTOR TIP42C, MJ15003, BC557,BC547Dispositivo compuesto de un material semiconductor que amplifica una seal o abre o cierra un circuito. Inventado en 1947 en Bell Labs, los transistores se han vuelto el principal componente de todos los circuitos digitales, incluidas las computadoras. En la actualidad los microprocesadores contienen millones de transistores microscpicos.Los transistores cumplen las funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

Figura 1.2.5.- Smbolo de un transistor TIP42C

Figura 1.2.6.- Transistor MJ15003

Figura 1.2.7.- Smbolo del transistor BC557RECTIFICADOR PUENTEUn Rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una seal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la seal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la seal se convertir en negativa, segn se necesite una seal positiva o negativa de corriente continua.Existen dos alternativas, bien empleando dos diodos o empleando cuatro.

Figura 1.2.8.- Rectificador puente

Figura 1.2.9.- Smbolo del rectificador puente de 4 diodos

DIODO 1N4007Se usan para rectificar la corriente alterna, son semiconductores, que dejan pasar la corriente en un sentido y no la dejan pasar en otro.

Las denominaciones que indican cada uno de los diferentes diodos, pueden deberse a la potencia de cada uno de ellos. Y esa debe ser su diferenciacin.

Figura 1.2.10.- Imagen de un diodo y su smboloDIODO ZENER 12v-1AEl diodo Zener es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensin casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensin de red, de la resistencia de carga y temperatura.Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes.

Figura 1.2.11.- Imagen del diodo zener y su smboloDIODOS LEDUn led[] (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: diodo emisor de luz, tambin diodo luminoso) es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha ms frecuencia, en iluminacin. Presentado como un componente electrnico en 1962, los primeros ledes emitan luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.Cuando un led se encuentra en polarizacin directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energa en forma de fotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energa del fotn) se determina a partir de la banda de energa del semiconductor.

Figura 1.2.12.- Imagen y smbolo de un diodo LEDRESISTENCIASLa resistencia elctrica o resistencia electrnica de un objeto es una medida de su oposicin al paso de corriente.En los circuitos electrnicos tiene muchas aplicaciones, no tan solo limitar el paso de corriente en un circuito, sino que adems haciendo un arreglo de resistencia podes provocar cadas de tensin a valores deseados. Junto con otros componentes, como son los capacitores forman filtros de frecuencias.

Figura 1.2.13.- Imagen de las resistencias y su cdigo de colores y su smboloCAPACITORESUn condensador (en ingls, capacitor, nombre por el cual se le conoce frecuentemente en el mbito de la electrnica y otras ramas de la fsica aplicada), es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrnica, capaz de almacenar energa sustentando un campo elctrico. Est formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de lminas o placas, en situacin de influencia total (esto es, que todas las lneas de campo elctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dielctrico o por el vaco. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga elctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variacin de carga total.Aunque desde el punto de vista fsico un condensador no almacena carga ni corriente elctrica, sino simplemente energa mecnica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la prctica como un elemento "capaz" de almacenar la energa elctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energa que cede despus durante el periodo de descarga.

Figura 1.2.14.- Tipos de condensadores y algunos simbolos

RELE DE 12vUn Relevador, tambin conocido como rel, es un dispositivo que controla el estado de un interruptor mediante una entrada elctrica. En su interior, posee comnmente una bobina que al energizarse -por Ley de Faraday- induce una fuerza magntica que cambia el estado del interruptor.

Figura 1.2.15.- Esquema y smbolo del relSWITCH N.ASwitch es un trmino ingls que puede traducirse como conmutador, interruptor, vara o ltigo, segn el contexto. En la lengua castellana, la nocin de switch se usa para nombrar al dispositivo digital que se utiliza en la interconexin de redes de computadoras. El switch opera en el nivel de enlace de datos y tiene como funcin la interconexin de dos o ms segmentos de red a la manera de un puente (bridge).

Figura 1.2.16.- Switch N.A. y su smboloPOTENCIOMETRO (RESISTENCIA VARIABLE)Un potencimetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.Normalmente, los potencimetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reostatos, que pueden disipar ms potencia.

Figura 1.2.17.- Potencimetro y su smbolo

1.3. DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL CIRCUITO

Figura 1.3.1.- Diagrama de fuente variable de 1.3 a 30v de 1A1.4 FUNCIONAMIENTOPara poder entender el funcionamiento de esta fuente. Como vemos en el diagrama de bloques el circuito consta de 4 bloques: Circuito de rectificacin y filtrado Circuito de proteccin Circuito de regulacin de voltaje Circuito de alta corriente

CIRCUITO DE ALTA CORRIENTECIRCUITO DE REGULACION DE VOLTAJECIRCUITO DE PROTECCIONCIRCUITO DE RECTIFICACION Y FILTRAJE

Figura 1.4.1.- Diagrama de bloques de la fuenteInicialmente el transformador TR1 se encarga de disminuir la tensin de entrada de 220V a 30V para luego pasar a la etapa de rectificacin y filtraje, esta consta de un rectificador de alta corriente (B1)que no es nada mas que cuatro diodos conectados en configuracin puente, y un filtro de gran capacidad y voltaje (C1). Al aplicar el voltaje alterno del transformador (onda senoidal) a la entrada del rectificador se va a obtener una forma de onda que se compone de solo de solo semiciclos positivos, al circuito de puente de diodos que da esta forma de onda se denomina rectificador de onda completa.Esta forma de onda no nos sirve mucho para alimentar nuestros circuitos, ya que estos necesitan de corriente continua, entonces para obtener esto debemos colocar a la salida positiva y negativa del puente de diodos filtro, para que asi se pueda obtener una corriente continua con la que puedan funcionar nuestros circuitos.Mientras aumentamos la capacidad del filtro vamos a obtener una corriente continua mas uniforme, pero, cuando seguimos aumentando la capacitancia mas difcil va ser descargar el filtro, por lo tanto no debemos aumentarla mucho. Por lo tanto vamos a obtener a la salida de esta etapa una corriente continua casi uniforme. Estas formas de onda estn representadas todas en la figura 1.3.2.Ahora vamos a ver la etapa del circuito de proteccin, los componentes principales de esta etapa son R1, R9, Q1, R2. En condiciones normales de funcionamiento,Q1 est en estado de corte al tener en su base el mismo potencial de VCC, D1 no est polarizado por lo que a la base de Q2 le llega un nivel de voltaje 0, por medio de R3, entonces Q2 est en corte, lo mismo que Q3 que alimenta al relay de 12V, el cual va a desactivar la salida de voltaje cuando haya un corto.Q4 junto a R4 y DZ1, forman un circuito regulador de voltaje para el relay ya que este funciona con 12VDC, Q4 sirve para que le llegue la corriente necesaria para que funcione bien el rely.Cuando se produce un corto circuito, hay una gran circulacin de corriente positivo a negativo y por ende por R9, en el cual hay una cada de voltaje lo cual activa al transistor Q1, ya que en su base se presenta un nivel de voltaje 0, saturndolo, luego aparece, entre el colector de Q1 y R2 un voltaje positivo, polarizando al diodo D1 en forma directa, en este instante se carga C2 y por medio de R3 se satura Q2, al mismo tiempo se satura Q3, llevando al potencial negativo el otro terminal del relay y por consiguiente activndolo, al hacer esto se interrumpe el paso de corriente a la etapa de regulacin y tambin a la etapa de alta corriente. Esto se indica visualmente mediante el diodo LED D2.Para reactivar de nuevo la fuente tenemos dos opciones: de forma manual o automtica. Si colocamos R7 donde corresponde, la fuente se reactivara automticamente al cabo de unos segundos de desaparecer el corte. Si obviamos esta resistencia, ser necesario hacer uso del pulsador S1 denominado RESET para reactivar la fuente de alimentacin.Luego tenemos la etapa de regualcion y variacin de voltaje, el componente principal de esta etapa es IC1, que es un regulador de voltaje que soporta 1.5, y regula voltajes de 1.2V a 30V, esto se obtiene gracias a una resistencia de (R10) y un potencimetro de (P1), el cual va a dar el nivel de voltaje que deseamos obtener.Debido a que esta etapa solo maneja corrientes de 1.5, se usa la siguiente etapa que , es la de alta corriente, para esto se colocan dos transistores (T1,T2) en configuracin base comn, esta configuracin permite que el circuito entregue a su salida gran cantidad de corriente lo cual sera imposible solo para el circuito integrado LM317.Mediante R11 y R12 polarizamos las bases de T1 y T2, respectivamente, estos hacen los transistores se exciten y se saturen T1 excita aT2 para que, a travs de emisor y colector, circule la corriente necesaria para los circuitos que se desean alimentar.

Figura 1.4.2.- Formas de onda rectificada y filtrada1.5. CARACTERISTICAS TECNICAS Voltaje de entrada: 30v AC. Corriente de entrada: 1 Voltaje de salida variable desde 1.3v a 30v DC. Corriente de salida: Hasta 1A. Proteccin contra corto circuitos a base de relay. Tamao de placa impresa: 10.5cm*6.2cm.

1.6. FOTOS DEL TRABAJO HECHO

Figura 1.6.1.- Circuito armado

Figura 1.6.2.- Circuito probado con multmetro

1.7. RECOMENDACIONES

]Para llegar a un buen trmino en el ensamblaje de nuestra fuente, ser necesario tomar en cuenta las siguientes recomendaciones: Las conexiones de entrada de transformador, del transistor de potencia y las de salida debern hacerse empleando cable mellizo N 14 AWG. Utilizar componentes de buena calidad, empezar soldando las resistencias, los circuitos integrados, los condensadores, los terminales y por ltimo los potencimetros. Tener especial cuidado con la polaridad de los condensadores electrolticos y fijarse bien en la correcta posicin del puente rectificador y de los circuitos integrados. Antes de conectar el circuito, realizar una limpieza de placa con thinner y un cepillo y luego hacer una verificacin de la soldaduras. Para una mejor soldadura, utilizar estao que incluya pasta dentro de s. El circuito ser necesario cablear los diodos y LED y el potencimetro para fijarlo en el panel frontal de la caja donde se alojara la fuente. El circuito regulador LM317 y el transistor de mediana potencia TIP42C no necesitan disipador pues no calientan.

1.8. CONCLUSIONES

Los circuitos reguladores de voltajes son importantes para la alimentacin de cargas, donde debemos manejar diversos niveles de voltajes para as tener una proteccin en el circuito, ya que, la fuente de voltaje regulable se disea segn las especificaciones que queremos obtener mediante el uso de resistencias, eliminando tensiones que no nos interesa que lleguen a un determinado punto de un circuito.

Una manera de proteger la carga de sobre corriente y sobre voltaje es con ayuda de arreglos de transistores de potencia para obtener un limitador de corriente que permita alimentar con el voltaje necesario a la carga sin tener que preocuparnos por una sobre corriente en la carga.

Tambin es importante sealar que el regulador LM317, utilizado en este experiencia, consta de una proteccin por limitacin de corriente y exceso de temperatura, siendo funcional la proteccin por sobrecarga incluso si el terminal de regulacin est desconectado. Los circuitos de fuentes regulable son de gran utilidad ya que nos permite manejar rangos de voltajes controlados para una determinada carga sin que esta sobrepase un nivel de corriente, es decir que nos da un nivel de proteccin para evitar sobrecargas de corriente.1.9. BIBLIOGRAFIA - http://Wikepedia.com- http://Monografias.com- Boylestad- Thomas Floyd- Nashelsky, 2003, Electrnica: teora de circuitos y dispositivos electrnicos 8a, ed.Pearson Education,Mxico. 644 p.