Diseño e implementacion en proteus 8.3 de una fuente dual fija de voltaje. PDF

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Diseño e implementacion en proteus 8.3 de una fuente dual fija de voltaje....

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TRABAJO INDEPENDIENTE NÚMERO 3 - FUENTE DUAL FIJA DE VOLTAJE

Durante el presente informe se documentará el proceso por el cual se logro comprender y simular el funcionamiento de una fuente dual fija de voltaje con circuitos integrados, las fuentes de voltaje tienen como principal característica convertir una señal de voltaje alterna en una de voltaje continua, la dual fija como se intuye por su nombre ofrece a su salida un valor positivo y negativo de voltaje constante, en este caso se buscara simular con ayuda del software Proteuss una fuente dual de +6/-6 voltios; en forma general las fuentes de voltaje cuentan con las siguientes etapas:

Por lo que se ira abordando etapa a etapa del diseño, comprendiendo su correcto funcionamiento y eligiendo el elemento adecuado para que cumpla con los resultados esperados. Transformador de entrada. Para alimentar el circuito se usará una fuente de corriente alterna, inicialmente se proporcionaran 110 voltios; la fuente de AC se conectara a un transformador, elemento principal de la primera etapa, el transformador es un dispositivo electrónico conformado por dos embobinados, uno primario y uno secundario, funciona con corriente alterna y generalmente se usa para inducir un determinado nivel de voltaje en alterna a un circuito, dicho voltaje estará dado por el embobinado primario y secundario y su factor de acoplamiento; en nuestro caso el transformador recibirá el voltaje de la fuente de corriente alterna y proporcionara uno de menor valor al circuito correspondiente a la siguiente etapa del proceso, el único requisito que debe cumplir el voltaje inducido es que no supere los valores limite con los que trabajan los elementos usados en las siguientes etapas y que tenga la magnitud mínima de 12 voltios para que pueda proporcionar +6/-6 voltios a la salida de la fuente, para manipular el voltaje inducido por el transformador con facilidad se utilizara la misma inductancia en ambas bobinas y se cambiara el factor de acoplamiento de estas, en este caso se utilizara K=0.3 y la inductancia de ambas bobinas en 1H, este factor de acoplamiento inducirá un voltaje de aproximadamente 33 voltios a las siguientes etapas.

En las anteriores imágenes se observan los elementos que se utilizaron para simular la etapa actual asi como la señal de salida de la misma, se observa que la salida del transformador presenta una señal de corriente alterna en ambos ciclos. Rectificador de diodos. En esta etapa se utiliza un dispositivo comunmente conocido como puente rectificador de diodos que esta conformado por cuatro diodos, los diodos son dispositivos que permiten o no el paso de corriente, en este caso estan ubicados de tal manera que los ciclos positivos y negativos del voltaje inducido por el transformador son siempre desviados a los mismos diodos de salida, es decir que el puente rectificador tendra dos salidas una en la cual solo se presentara una señal con el ciclo positivo del voltaje inducido, y otra en la cual se presentara la señal con el ciclo negativo, la magnitud del voltaje manejado no se vera alterada debido a que los diodos se polarizan con 0.7 voltios despues de este valor pasara la señal que se presente en los mismos, dependiendo del uso que se le quiera dar es posible dar uso a uno o los dos ciclos de la señal de corriente alterna, en este caso se requieren ambos ciclos para la simulacion de la fuente dual de voltaje, debido a que esta presentara tanto un valor positivo como uno negativo en su salida.

En las anteriores imágenes se observa el puente de diodos utilizado en la simulacion, asi como la señal de este dispositivo para su ciclo positivo y negativo, la señal observada en un osciloscopio muestra una distorsion notoria en la forma de onda entregada, esto es debido a la escala de voltajes medidos (mV) y el voltaje de polarizacion que manejan los diodos, sin embargo es notorio que ambas señales represetan unicamente un ciclo del voltaje inducido en el puente. Filtro. El filtro hace referencia a la etapa encargada de de convertir un voltaje de corriente alterna, en uno de corriente directa, esta conformado comunmente por un arreglo entre diodo y capacitor, el voltaje de corriente alterna que sale a traves del diodo se carga inicialmente en el capacitor, cuando este busca descargarse en el diodo se encuentra con que este no se polariza, por lo que se queda con dicho voltaje y lo proporciona a la siguiente etapa del circuito como voltaje de corriente directa, en nuestro caso ya contamos con los diodos del puente rectificador de la etapa anterior y que se conectaran directamente a los capacitores, como se usaran ambos ciclos del voltaje en corriente alterna, es necesario inicialmente usar capacitores electroliticos, ya que estos cuentan con polaridad y unicamente se cargaran cuando se suministre un voltaje por su terminal positivo, adicionalmente se pueden conectar capacitores convencionales para eliminar posibles rizos en nuestra señal, esto se debe hacer para ambos ciclos de la señal recibida de los diodos por lo que esta etapa estara conformada por 4 capacitores.

En las anteriores imágenes se observan los capacitores y los valores de los mismos utilizados para realizar la simulación de esta etapa, así como la grafica mostrada en un osciloscopio y la grafica del voltaje en el capacitor, en el osciloscopio se observa como el voltaje entregado por el capacitor tiene pequeños rizos, mientras que en la segunda grafica que sirve de apoyo se puede ver el proceso de carga del capacitor con la señal de corriente alterna. Regulador. Para la etapa final se utilizaran circuitos integrados, para la fuente fija dual de voltaje es necesario utilizar dos circuitos capaces de ofrecer un voltaje directo constante en un valor de +6 y -6 respectivamente, para cumplir este requerimiento se cuenta con los circuitos integrados de referencia 78XX y 79XX respectivamente, estos integrados son reguladores de voltaje, los primeros dos números de su referencia indican si es un regulador de voltaje positivo y negativo, y sus últimos números indican el valor de la tensión que entregan a su salida, en este caso se usaran los integrados 7806 y 7906, ambos cuentan con 3 terminales, entrada, salida y tierra, su conexión es simple y entre sus componentes se encuentran múltiples transistores trabajando en sus regiones pasivas y de corte, sin embargo una forma simple de comprender su funcionamiento es verlo como un divisor de tensión el cual se regula para mantener una tensión constante a su salida de + o – 6 voltios según su referencia, estos integrados recibirán la señal de voltaje del filtro y entregaran finalmente un voltaje constante a la salida de cada integrado, completando de esta manera el diseño de nuestra fuente dual fija de

voltaje, es necesario tener en cuenta que estos integrados regulan un voltaje no mayor a 35 voltios y con un rango de salida cercano a los 6 voltios pero no necesariamente exacto.

En las anteriores imágenes se observa la conexión de los circuitos integrados dentro de la simulación, así como el valor fijo entregado por ambos a su salida, se observa la señal en un osciloscopio y la señal y sus valores en un lapso de un segundo de simulación, adicionalmente podemos ver cómo después de una fracción de segundo la fuente empieza a entregar 6 voltios de forma constante.

Diseño final de la fuente dual de voltaje Finalmente se unen todas las etapas previamente analizadas y simuladas para obtener el diseño final de una fuente dual fija de voltaje que a su salida entregara +6 y -6 voltios.

Es posible mejorar esta fuente con un filtro adicional a la salida de cada integrado, esto con el fin de evitar posibles rizos en la señal final, o una etapa contra cortos, sin embargo, en la simulación presentada esto no representa cambios significativos....