TERCER PROYECTO DE LABORATORIO ELECTRONICA 1: FUENTE DE 30

VOLTIOS DUAL A 1 A MAXIMO

ABSTRACT

En este informe se mostrará el proceso de diseño y construcción de un circuito drive, que permita variar la velocidad y el cambio del sentido de giro de un motor de DC que consuma al menos 1 amperio de corriente, mediante el uso de transistores en corte y saturación construyendo una compuerta logica. Y se deberá diseñar una fuente de tensión dual regulada que alimente al circuito.

El circuito debe tener dos pulsadores, uno para el giro a la izquierda y otro para el giro a la derecha; y la velocidad se debe variar modificando el Duty Cycle desde el generador de funciones.

INTRODUCCIÓN

El transistor de unión bipolar, el cual usa huecos y electrones al momento de operar, está compuesto por tres partes diferentes, colector, base y emisor; usualmente el emisor está fuertemente dopado en comparación a la base y al colector, los cuales tienen una concentrador de portadores mayoritarios de carga similar.

Existen dos tipos de transistores BJT, el NPN y el PNP, recordando que la

lera representa el portador mayoritario de carga, la letra P representa los huecos y la N los electrones.

El transistor BJT opera en tres zonas diferentes, zona activa, saturación y corte

Cuando el BJT opera en zona activa, amplifica voltaje, cuando opera en corte, opera como un switch abierto que no permite el flujo de corriente, y cuando está en saturación, trabaja como un switch cerrado, que permite el flujo de la corriente.

Una fuente de voltaje dual DC variable está compuesta por un transformador conectado a la tensión de línea, posteriormente un circuito rectificador de diodos, luego un filtrado por un condensador y finalmente un regulador de voltaje.

El regulador de voltaje permite que haya un voltaje de salida constante independientemente de su voltaje de entrada, su corriente de salida y de la temperatura. La mayoría de los reguladores se pueden dividir en dos categorías: reguladores lineales y reguladores de conmutación. En la categoría de los reguladores lineales se encuentran los reguladores en serie y los reguladores en paralelo. Estos pueden ser usados para

entregar un voltaje de salida positivo o negativo.

El regulador LM337 es un regulador positivo con tres terminales y un voltaje de salida ajustable entre 1.2V y 37V, este voltaje depende de la relación existente entre las resistencias conectadas al terminal de salida y de ajuste del regulador.

Por otro lado el regulador LM317 resulta ser la contraparte del anterior, es decir que su voltaje de salida es un voltaje negativo (-1.2V hasta -37V).

ANÁLISIS

para regular voltajes positivos y negativos de la fuente dual donde la capacidad de variación radica en un par de resistencias configuradas después del regulador, en la figura 1 se detalla un circuito básico de funcionamiento y a continuación se mostrarán algunas ecuaciones y su aplicación en el circuito diseñado.

Vout= Vref*(1+R2/R1) +Iadj*R2

Como Iadj resulta ser una corriente muy pequeña:

Vout= Vref*(1+R2/R1)

Para iniciar se elige un valor para R1 y de ahí se despeja el rango al que puede llegar R2 que es la R variable, en este caso el potenciómetro.

Por lo tanto:

30=1.25*(1+R2/150)

30=1.25+1.25R2/150

((30-1.25)*150)/1.25=R2

R2 = 3450

Por lo que se utilizará un potenciómetro de 5K

Se introduce en el circuito un diodo LED, para confirmar el paso de corriente a través de él, este se ubica en paralelo con la salida y se le pone una resistencia en serie para llevar esos 30 v de salida a un voltaje y corrientes propicias para el funcionamiento del LED.

Se supone una caída de 3 V en el led, una corriente ideal de funcionamiento de 20 mA y una entrada de 30 V a la resistencia entonces:

V=IR

30-3=IR

27=0.02R

R=1350 ohm

Para la rectificación inicial se eligieron los condensadores pretendiendo un rizado de menos de 4% y se realizó de la siguiente manera:

Vp=33.9 V

Vprect= 32.5 V

Vrpp=(0.04*32.5)/1.02

Vrpp=1.28 V

C= 32.5/(120*30*1.28)

C= 7052 uF

En la figura 4 se observa el rizado producto de la simulación.

Con estos datos se puede calcular Vdc, o el voltaje de salida máximo tras en regulador:

Vdc=Vprect-Vrpp/2

Vdc=32.5-0.74

Vdc=31.76

Como el voltaje es mayor a 30 V no existe ningún problema con la regulación pues el regulador lo único que exige es que el voltaje de entrada sea por lo menos el voltaje de salida.

Las figuras 5 y 6 resumen las magnitudes halladas mediante la simulación, entre ellas destacan, la corriente en la carga y el voltaje en ella.

A continuación se invita a ver las figuras para la posterior discusión.

CONCLUSIONES

Si se tiene en cuenta que en el pasado se han hecho montajes similares utilizando diodos zener, es mucha la ventaja que el regulador de tres pines da al que diseña el circuito, en términos de precisión.

Mientras exista una señal en principio con parte negativa, o más bien una señal AC con carácter negativo, es posible generar una señal DC también negativa a través de un regulador sin tener que invertir la salida de esta manualmente si lo que se pretende es una señal DC negativa.

A la hora de diseñar una fuente de voltaje es muy importante entender cuál será la corriente máxima que el circuito a conectarse requiera pues cada uno de los elementos de la fuente tiene un nivel de corriente permitido y no se quiere tener una explosión o falla en la fuente.

BIBLIOGRAFIA

Donald A. Neamen “Dispositivos y circuitos electrónicos” 4ª Etapa

Boylestad Robert, Nashelsky Louis. “Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Décima edición. Pearson Educación. 2009

Thomas L Floyd “Dispositivos electrónicos” Octava edición Pearson Educación 2008

Motorola Datasheets: LM337, LM317

http://augusta.uao.edu.co/moodle/file.php/1737/LM337.pdf http://augusta.uao.edu.co/moodle/file.php/1737/LM317.pdf

Consultado 26 Marzo 2014

ANEXOS

LM337 Motorola Datasheet1

Figura 1

LM317 Pines LM337 Pines

Figura 2 Figura 3

1 http://augusta.uao.edu.co/moodle/file.php/1737/LM337.pdf

Factor de rizado en simulación, fase positiva.

Figura 4

Resumen del ciclo positivo

Figura 5

Resumen del ciclo negativo

Figura 6

Esquemático del circuito diseñado

Figura 7