Informe Fuente Simétrica DE Voltaje Variable PDF

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Summary

Utilizar un software para la simulación del circuito.Aprender el manejo de un transformador de 110V-220V: 12V,Realizar la rectificación de onda completa de una señal ac senoidal de 12 V.Calcular los valores adecuados de capacitancia para filtros a utilizarse en la fuente.Observar la forma de onda en...

Description

INGENIERIA MECATRÓNICA LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS

TEMA: FUENTE SIMÉTRICA DE VOLTAJE VARIABLE PRÁCTICA N°

FECHA

FIRMA INTEGRANTES (uno a tres estudiantes)

5 TIEMPO: 2hr

7/6/2017 RESPONSABLE:

1. OBJETIVOS 1.1. Objetivo General: •

Desarrollar una fuente de voltaje con tomas fijas de ±5V, ±12V y dos tomas variables: de 0 a -15V y de 0 a +15 V.

1.2. Objetivos Específicos: • • • • • • •

Utilizar un software para la simulación del circuito. Aprender el manejo de un transformador de 110V-220V: 12V Realizar la rectificación de onda completa de una señal ac senoidal de 12 V. Calcular los valores adecuados de capacitancia para filtros a utilizarse en la fuente. Observar la forma de onda en cada uno de las etapas de la fuente de voltaje. Utilizar reguladores de voltaje 7805,7905, 7812, 7912, LM317 y LM337. Verificar las características de la fuente obtenida.

2. MÉTODO • • • • •

Instrucciones y consideraciones previas. Desarrollo de cálculos y conceptos previos sobre reguladores de voltaje. Utilización de software para diseño y simulación de los circuitos. Comparación entre cálculos y simulación. Armado de la fuente en un protoboard.

3. EQUIPO Y MATERIALES Cada uno de los estudiantes debe contar para realizar la práctica con los siguientes elementos del laboratorio: • • •

Banco de Prácticas Osciloscopio Fuentes de alimentación Así mismo, cada estudiante debe traer al laboratorio los siguientes equipos y materiales: 1

INGENIERIA MECATRÓNICA LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS • • • • • • • • • • • • • • • •

1 Multímetro 1 Transformador de 110 a 12 VAC para soportar 2 A de salida con toma central. 1 Protoboard 2 metros de cable de cobre rígido de 0.6mm de diámetro equivalente a AWG 22 ó 23 12 condensadores electrolíticos/cerámicos de 1 uF 25 V. 2 potenciómetro de 2kΩ de ½ w 2 resistencias de 120Ω ±1% de tolerancia (si no se consigue usar ±5%) de ½ w 1 LM317 1 LM337 1 7805 1 7905 1 7812 1 7912 2 condensadores electrolíticos de 4400 uF a 25 V 2 condensadores electrolíticos 10 uF 25 V 2 Puente rectificador de 2A RS207

4. FUNDAMENTO TEÓRICO (revisar/reforzar estos temas por cuenta del estudiante en el capítulo 2 aplicaciones del diodo y el capítulo 15 Fuentes de alimentación del libro de Boylestad Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos) 4.1. Voltaje promedio: El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0). Si se toma en cuenta solo un semi ciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es: VPR = VPICO x 0.636 . La relación que existe entre los valores RMS y promedio es: VRMS = VPR x 1.11 VPR = VRMS x 0.9. 4.2. Voltaje rms (root mean square): La corriente alterna y los voltajes (cuando son alternos) se expresan de forma común por su valor efectivo o RMS (Root Mean Square – Raíz Media Cuadrática). Cuando se dice que en nuestras casas tenemos 120 o 220 voltios, éstos son valores RMS o eficaces. 4.3. Factor de rizo: El voltaje de rizado debe especificarse indicando la carga de la Fuente con la quese ha realizado la medicion, entendiendo por ”carga” la cantidad de corriente que dicha fuente debe suministrar al circuito conectado a ella. Usualmente el voltaje de rizado o Rizado se especifica para la máxima carga que puede manejar la fuente de voltaje DC.

4.4. Filtro de Capacitor: Un filtro de condensador es un circuito eléctrico formado por la asociación de diodo y condensador destinado a filtrar o aplanar el rizado, dando como resultado una señal eléctrica de corriente continua cuya tensión no varía prácticamente en el tiempo 4.5. Reguladores de voltaje serie 78XX, 79XX, LM317 y LM337: Los reguladores lineales de tensión, también llamados reguladores de voltaje, son circuitos integrados diseñados para entregar una tensión constante y estable. Estos dispositivos están presentes en la gran mayoría de fuentes de alimentación, pues proporcionan una estabilidad y protección sin apenas necesidad de componentes externos haciendo que sean muy económicos.

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5. ESQUEMA Para obtener un valor de cd se sigue el siguiente esquema de las respectivas etapas

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J9 +12VDC GND

U5 D4

D2

LM317T

1 2 26630201RP2

+12VDC 3

+5VDC

VI

U3

7805

2

+Vvar

J5

1

U1 J1

VO ADJ

1N4001

1N4001

7812

+5VDC GND

R1

1 2

120 VO

3

1

VI

BR2

3

C1

C3

470u

1uF

26630201RP2

RV1 C8

2

2

26630201RP2

VO

J10

26%

VI

GND

1

GND

GND

2 1

1uF

C11

+VVAR GND

1uF

1 2

2k

TR1

26630201RP2

C2 1uF

V1

GND

VSINE

C5

RV2

C10 TRAN-2P3S

1uF

1uF

470u

1uF

J2

J3 C14

-VVAR GND

1uF

1 2

1

C6 1

C4

57%

BRIDGE

2

VI

VO

2

3

GND

GND

GND

2k 1 2

VI

VO

26630201RP2

R2

3

26630201RP2

J6

120

U4 7912

D3

D1 -5VDC

-12VDC 1N4001

1N4001

-5VDC GND

1 2 26630201RP2

ADJ

7905

1

U2

2

VI

VO

3

-Vvar

J4

U6 LM337T

-12VDC GND

1 2 26630201RP2

Figura 1. Diagrama esquemático propuesto para la realización de la placa

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Nota: Se recomienda a los estudiantes verificar la polaridad de los condensadores que se colocarán en la tarjeta electrónica. Los condensadores polarizados o electrolíticos deben tener el pin negativo conectado en el potencial más bajo. Por ejemplo en el caso de los condensadores que se colocan en la entrada de los reguladores de voltaje negativo LM337T el pin positivo del condensador debe ir conectado a tierra del circuito y el pin negativo del capacitor a la entrada del integrado. Se recomienda utilizar capacitores polarizados porque estos brindan mayor reducción de ruido en la fuente. Adicionalmente se recomienda verificar el clearance o distancia entre las pistas y la máscara de tierra. Si consideran que es muy pequeña la pueden cambiar en ARES. Adicionalmente tomar en cuenta que en ARES se muestra algunas pistas de color rojo que corresponden a puentes que los estudiantes deberán conectar con cables para unir las pistas.

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6. FÓRMULAS PARA CÁLCULOS -

Voltaje promedio 𝑽𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 =

𝑻

∫𝟎 𝑽(𝒕)𝒅𝒕

𝑻 𝑻 ∫𝟎 𝟏𝟒. 𝟓𝒔𝒆𝒏(𝒕) 𝒅𝒕 𝑽𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 = 𝝅 𝑽𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 = (𝟐)𝒙(𝟒. 𝟔𝟎𝟖) 𝑽𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 = 𝟗. 𝟐𝟏𝟕𝟖𝒗

-

Voltaje rms 𝑽𝒓𝒎𝒔 = √ 𝑽𝒓𝒎𝒔 = √

∫𝟎 [𝑽(𝒕)]𝟐𝒅𝒕 𝑻

𝑻

∫𝟎 [𝟏𝟒. 𝟓𝒔𝒆𝒏𝒕]𝟐 𝒅𝒕 𝑻

𝝅

𝑽𝒓𝒎𝒔 = 𝟏𝟎. 𝟐𝟓𝟐𝟗 -

Voltaje de rizo (rms)

𝑽𝒓 (𝒓𝒎𝒔) = 𝑽𝒓 (𝒓𝒎𝒔) =

𝟐. 𝟒 ∗ 𝑰𝒄𝒅 𝑪

𝟐. 𝟒 ∗ (𝟐𝟐𝟎𝒎𝑨) 𝟒𝟕𝟎𝟎𝝁𝒇

𝑽𝒓 (𝒓𝒎𝒔) = 𝟏𝟐𝟓𝟒𝟖𝟏𝒗 -

Factor de rizo

𝒓= 𝒓=

𝑽𝒓 (𝒓𝒎𝒔) ∗ 𝟏𝟎𝟎% 𝑽𝒅𝒄

(𝟏. 𝟏𝟐𝟑𝒗) ∗ 𝟏𝟎𝟎% 𝟏𝟐. 𝟓𝟒𝟖𝟏

𝒓 = 𝟖. 𝟗𝟒𝟗𝟔% 6

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-

Voltaje dc a la salida del filtro

𝑽𝒅𝒄 = 𝑽𝒎 −

𝟒. 𝟏𝟕 ∗ (𝟐𝟐𝟎𝒎𝑨) 𝟒𝟕𝟎𝟎𝝁𝒇 𝑽𝒅𝒄 = 𝟏𝟐. 𝟓𝟒𝟖𝟏𝒗 Salida de voltaje para los reguladores LM317 y LM337 𝑽𝒐𝒖𝒕𝟏 = 𝟏. 𝟐𝟓𝒗 𝑽𝒐𝒖𝒕𝟐 = 𝟐𝟐𝒗 𝑽𝒅𝒄 = 𝟏𝟒. 𝟓 −

-

𝟒. 𝟏𝟕 ∗ 𝑰𝒄𝒅 𝑪

𝑹𝟐 ) 𝑹𝟏 𝑹𝟏 = 𝟐𝟐𝟎 𝛀 𝑹𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒇𝒊𝒋𝒂 𝑹𝟐 = 𝑹𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒗𝒂𝒓𝒊𝒂𝒃𝒍𝒆 𝑹𝟐𝟏 𝟏. 𝟐𝟓 = 𝟏. 𝟐𝟓 (𝟏 + ) 𝟐𝟐𝟎 𝑹𝟐𝟐 𝟐𝟐 = 𝟏. 𝟐𝟓 (𝟏 + ) 𝑹𝟏 𝑹𝟐𝟏 = 𝟎 𝛀 𝑹𝟐𝟏 = 𝟑. 𝟔𝒌 𝑽𝒐𝒖𝒕 = 𝟏. 𝟐𝟓 (𝟏 +

7. PROCEDIMIENTO 1. -

Etapa 1 Reducir el voltaje de la red de 110 V a 12 V con la ayuda del transformador. Medir el voltaje obtenido en el secundario del transformador entre sus terminales. Verificar el valor pico de la onda senoidal por medio del osciloscopio y compararlo con el valor calculado.

2. Estapa 2 - Utilizar el puente de graetz para obtener la rectificación de onda completa (Puente rectificador de 2A RS207). - Verificar la forma de onda en el osciloscopio. 3. Etapa 3 - Conectar el filtro (Condensador) a la salida de la onda rectificada y verificar el rizado en el osciloscopio. - Medir el valor de dc y comparar con el valor calculado. 7

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4. Etapa 4 - Realizar la respectiva conexión de los reguladores para cada salida de voltaje siguiendo el esquema previamente diseñado y verificar las salidas de voltaje. No olvidar colocar los disipadores de calor a tierra es decir el potencial cero de la tarjeta electrónica. Revisar las especificaciones técnicas para la conexión de los disipadores de calor en cada regulador de voltaje.

8. CALCULOS Y RESULTADOS

Figura 2. Diagrama esquemático en Multisim Sugerencia: Utilizar Simulaciones en Multisim, Proteus u otro software. 8

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9. CUESTIONARIO a. ¿Por qué el valor de voltaje en el secundario del transformador es mayor que el que indica el elemento? Los valores obtenidos no son exactos (absolutos), son aproximados al valor real, por tal razón su diferencia es muy notable. Depende de varias características que se mencionaran mas adelante. b. ¿Qué entiende por valores promedios y rms de voltaje? Un valor RMS de una corriente es el valor, que produce la misma disipación de calor que una corriente continua de la misma magnitud. Es el valor del voltaje o corriente en CA que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa. Un valor promedio se lo toma en cuenta en ambos ciclos : VPR=Vpico*0.636 c. Qué valor de voltaje nos brinda el voltímetro y por qué? Nos brinda un voltaje aproximado al real, también depende del rango de voltaje que se ponga en el voltimetro (en nuestro caso, ¨multimetro¨) para que el valor salga con mas decimas (mas exacto). d. ¿Cuáles son las características más importantes que poseen los reguladores de voltajes de circuito integrado? Comencemos por la regulación de línea, que es un parámetro que establece cuánto varía la tensión de salida frente a variaciones en la tensión de entrada. Es posible comprobar que para un cambio de 20 voltios a la entrada se produce una variación de sólo 4 milésimas de voltio a la salida, con lo cual, podemos suponerla inmune a los cambios de tensión de entrada. Otro parámetro importante es la denominada regulación de carga, que indica cuánto varía la tensión de salida cuando la corriente varía de un mínimo al máximo.

e.

¿Cuáles son los factores importantes para que exista diferencia entre el voltaje con carga y voltaje sin carga?

Una fuente debe entregar siempre la tensión nominal idealmente(dentro de ciertos límites). Obviamente en la práctica esto no ocurre, y por eso existe la tensión en vacío, y la tensión a plena carga, el concepto de regulación, etc. En un micro que funcione correctamente, la tensión no caerá demasiado. Ahora en otro equipo que demande mucha potencia, si se debe probar la tensión en los bornes de la fuente, con el equipo conectado.

f. ¿Qué sucede con los reguladores de voltaje cuando se verifica la temperatura con carga y sin carga? Se sobrecalientan los reguladores de voltaje, pero con el disipador de calor se puede regular la temperatura para evitar una sobrecarga de temperatura, evita que el

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dispositivo se dañe por los altos niveles que puede alcanzar este dispositivo si no es controlado. g. ¿Cómo se elige el disipador de calor para los reguladores de voltaje, y cuáles son los riesgos de no usarlos? Usamos unos disipadores de calor grande, no lleva mayor característica, los disipadores de calor que utilizan los transformadores funcionan correctamente h. ¿Cuál es el voltaje de rizo medido en su fuente a plena carga y sin carga e identificar las razones de dicho comportamiento? 12.5481 v, varian al no haber carga su voltaje disminuye a mas de la midad. La carga influye en el voltaje. 10. CONCLUSIONES La practica realizada, podemos concluir que se debe tener mucho cuidado al momento de soldar la placa, ya que se debía tener mucho para que no choque con otras pistas y se produzca un cortocircuito, también es importante el momento del planchado de la placa ya que debemos tener en cuenta la temperatura y el tiempo para obtener un excelente resultado. 11. BIBLIOGRAFIA -

Introducción al Análisis de circuitos. Robert L. Boylestad. Décima edición Análisis de circuitos en ingeniería. Willian H. Hayt, Jr - Jack E. Kemmerly - Steven M. Durbin (7ma Edición) Electrónica teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Robert L. Boylestad. 10ma Edición

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