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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICA INGENIERIA BIOMEDICA LA PAZ

COMPONENTES Y MEDIDAS ELECTRONICAS INFORME DE PROYECTO FINAL FUENTE SIMETRICA

Estudiantes: 1. Adriana Mabel Plata Ramirez 2. Erick Pablo Poma Vargas 3. Anahí Belen Ticona Mamani 4. Jordi Ivan Villalba Herrera

Docente: Ing. Waldo Encinas Lira La Paz, 3 de Diciembre del 2020 Gestión 2 – 2020

FUENTE SIMETRICA 1. RESUMEN El presente proyecto de la fuente simétrica nació gracias a la problemática que causo la pandemia mundial en la que se vive. Dicha problemática es la dificultad de adquirir distintos componentes electrónicos, teniendo un acceso limitado a estos. Entre estos componentes se encuentran las fuentes de alimentación, las cuales suelen ser sumamente necesarias para realizar distintos circuitos. Por este motivo, el grupo optó por realizar una fuente simétrica. Esto porque la mayoría de los circuitos electrónicos que realizamos funcionan en base a una fuente de corriente continua, ya que algunos necesitan de voltajes tanto positivos y negativos. Estos últimos se los conoce como simétricos. La fuente simétrica nos permitirá brindar un voltaje preciso . Una fuente simétrica consta voltajes tanto positivo (+), como voltajes negativos (-), además de voltaje neutro o tierra. Con ayuda de un transformador de entrada se reduce la tensión de una corriente a una más baja para posteriormente poder ser manejada. Se cuenta con resistencias a través de todo el circuito para oponerse al flujo de la corriente eléctrica. Es necesario tener un puente de diodos rectificadores y algunos capacitores para poder asi filtrar la corriente existente. Para regular el voltaje en la salida tenemos los circuitos integrados proporcionan una estabilidad y protección. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios, se logró realizar la fuente simétrica como se lo esperaba, siendo esta probada y también simulada, comprobando los distintos valores de tensión y amperaje esperados, teniendo un voltaje variable de 0 a 18 voltios, y trabajando con 500 miliamperios. 2. PROBLEMÁTICA La pandemia (covid-19) afecto de gran manera el estudio, prácticas, y la realidad social en que vivimos. Esta pandemia llega a Bolivia, en una situación realmente complicada. Bolivia pasaba por problemas políticos, sociales y económicos. Posteriormente de Salud. El 13 de Marzo se suspenden las clases en todo el país, para universitarios y colegiales. En la universidad del valle, se dictan clases virtuales de manera que la práctica presencial se ve totalmente afectada. En la facultad de Electrónica y Sistemas, se usan constantemente todo tipo de equipos y circuitos electrónicos. Por esta razón, la idea del proyecto Fuente Simétrica, surge a través de la complicación en conseguir, comprar los Componentes Electrónicos para realizar una práctica en casa. Las resistencias, capacitores, multímetros, fuentes, baterías y protoboards. Son literalmente los componentes más utilizados en cuanto a la electrónica se refiere. Una fuente simétrica será de gran ayuda en prácticas tanto estudiantiles como profesionales. 3. OBJETIVO GENERAL Implementar un circuito diseñado para una fuente simétrica que nos permita proporcionar un valor de corriente y tensión adecuado para el funcionamiento de cualquier dispositivo. Esto para a futuro dirigirlo al área de electrónica digital y al área de micro controladores. 4. OBJETIVOS ESPECIFICOS  Aplicar los conocimientos adquiridos para crear una fuente de alimentación simétrica, con rango de voltaje desde 0 Voltios a 18 Voltios en ambas salidas.  Trabajar con un amperaje de 500 miliamperios del transformador, tener la capacidad de poder identificar los componentes que se están utilizando y entender cada una de las etapas que conforman a la fuente de alimentación.

 Utilizar el software de Proteus para la simulación del circuito.  Tener la capacidad de poder trabajar en equipo, en búsqueda de obtener buenos resultados, dando soluciones a diversos problemas que puedan suscitar. 5. SOLUCION PROPUESTA Descripción.-La solución propuesta es la de poder crear la fuente de alimentación simétrica, ya que esta nos ayudaría a realizar a distintos circuitos, sean simples o complejos, esto ya que la fuente con la que contamos tiene un voltaje especifico. Como solución a esta problemática se decidió realizar nuestra propia fuente simétrica para el uso en las siguientes prácticas. Diagrama de Bloques.-La fuente simétrica se dividirá en cuatro diferentes bloques, los cuales distribuyen las diferentes fases que se trata la señal de entrada para proporcionar la tensión y corriente de alimentación que deseamos en la salida. 1. El primer bloque se encargara de transformar la señal de alterna a continua con una tensión parecida a la que requerimos manejar. Este bloque está compuesto por el transformador de 220 Voltios con salida de 24 Voltios (teniendo 12 Voltios de la bobina primaria y 12 Voltios de la bobina secundaria). 2. El segundo bloque tomara la tarea de la rectificación, que intentara proporcionar una señal pulsante, es decir, una señal ya rectificada de la señal alterna. 3. El tercer bloque convertirá la señal pulsante obtenida en una señal cercana a una señal continua, esta etapa la realizamos con un filtro. 4. El cuarto bloque regulara la señal. También estabilizara a variaciones que pueda experimentar la tensión de entrada, o de la corriente.

6. MARCO TEÓRICO Capacitor.-Capacitor es un componente electrónico que está diseñado para poder almacenar una carga eléctrica y posteriormente poder suministrar esta durante un pequeño lapso de tiempo. Capacitor Electrolítico.-Capacitor electrolito, el único capacitor que tiene polaridad es un componente electrónico que está diseñado para poder almacenar una carga eléctrica y posteriormente poder suministrar esta durante un pequeño lapso de tiempo. Resistencias.- Las resistencias son aquellas que presentan un solo valor de resistencia entre sus respectivas terminales.

Diodos Rectificadores.-Un diodo rectificador tiene la función de separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna. Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna en medios ciclos positivos, se polariza en forma directa, asi permite el paso de la corriente eléctrica. Transformador.- Es un dispositivo eléctrico que tiene la capacidad de convierte la corriente alterna de un cierto nivel de tensión, en corriente alterna de otro nivel de tensión, o en corriente continua, esto por medio de la acción que causa un campo magnético. Definición Fuente de Alimentación.- Una fuente de alimentación tiene la función de adaptarse a las características y a parámetros de la fuente de energía eléctrica que esté disponible a las necesidades de un sistema para poder funcionar de manera segura y estable. Definición de Tensión.-La tensión es la presión que tiene una fuente de energía de un circuito eléctrico. Esta empuja a los electrones cargados a través lazo conductor. La tensión se mide en voltios. Definición Señal Pulsante.-La señal pulsante o corriente pulsatoria es la corriente que tiene cambios de magnitud a partir de un valor constante. Estos cambios suceden en la intensidad o en la tensión. Los pulsos siempre poseen el mismo sentido que el de la corriente. LEDs.- Un diodo emisor de luz o LED es una fuente de luz que está fabricada con un material semiconductor que posee dos terminales. Se trata de un diodo de unión p-n, que emite luz cuando recibe tensión. Placa de circuitos (PCB).-PCB son las siglas de Placa de Circuito Impreso. Es un soporte físico donde pueden instalar componentes electrónicos que se conectan entre ellos formando asi un circuito. Potenciómetro.- Es una resistencia variable que forma parte de un circuito eléctrico y generalmente con la capacidad de ajuste manual. Los potenciómetros tienen tres terminales y se suelen utilizar en circuitos de poca corriente. Circuito Integrado.- Es una estructura de pequeñas de material semiconductor de algunos milímetros cuadrados, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos. Los circuitos integrados están protegidos dentro de un encapsulado. Transistor.- Los transistores son dispositivos de tres terminales utilizados para controlar grandes corrientes a partir de señales de corriente o de voltajes débiles, estas actúan como resistencias o como interruptores. Ley de Ohm.- La ley de Ohm es una ley básica de los circuitos electrónicos. Esta ley propone que la diferencia de potencial que se aplica a los extremos de un conductor es proporcional a la intensidad de la corriente. Esta ley es importante ya que agrego el concepto de la resistencia eléctrica.

7. MARCO PRÁCTICO 7.1 Requerimientos (Normativa) Como requerimientos que debemos tomar en cuenta en el proyecto tenemos los siguientes: 1. La fuente no puede pasar de los 18 Voltios. 2. Esta fuente está destinada a ser conectada a 220 Voltios. 3. La parte fija de la fuente simétrica es de 5 Voltios. 4. El transformador debe ser de 220 Voltios con salida de 24 Voltios, teniendo 12 Voltios de la bobina primaria y 12 Voltios de la bobina secundaria. 5. Trabajar con un amperaje de 500 miliamperios en el transformador. 7.2 Cálculos Para comprobar el funcionamiento de la fuente realizamos un pequeño circuito utilizando una resistencia de 1.2 kOhmios y un diodo led. Para medir el amperaje abrimos el circuito y conectamos el amperímetro en serie. El resultado medido nos dio 4.1 miliamperios.

El valor teórico de la resistencia es de 1.2 kOhmio para conseguir los 4.17 miliamperios. Corrien Corrien riente te Medido

4.1

Esperado

4.17

Error (%)

0.01%

Etapa de transformador: El transformador se divide en dos, el bloque primerio y el secundario, en nuestro caso, el transformador recibe 220 Voltios de entrada, esto afectando a la tensión de salida, en nuestro caso 12 voltios, teniendo una fórmula que indica que V1 = V2*(N1/N2), donde se interpreta a N1 y N2 como el número de vueltas. Al despejar esa fórmula podemos obtener:

Al reemplazar el voltaje de entrada y el de salida en la formula tenemos la siguiente operación para obtener la relación en vueltas del transformador:

Etapa de rectificador: En esta etapa logramos simular la señal sinusoidal del puente de diodos, esto fue realizado con un osciloscopio en el simulador Proteus.

Hoja de datos del Diodo 1N4001: Características Diodo 1N4001 Máximo voltaje inverso Máxima corriente de funcionamiento Máxima corriente de pico no repetitiva Rango de temperaturas de funcionamiento Disipación de poder

50V 1ª (máximo 8,3ms) 30A -65°C a +150°C 30 W

Etapa de Filtro: En esta etapa se encuentran los capacitores que cumplen la función de realizar el filtrado en el circuito. Hoja de datos de los capacitores: CARACTERITICAS 100NF Tensión máx. Paso Rango de temperatura Tolerancia

50Vdc. 0.2" (5.08mm). -25°C a +85°C (para Ø 9 y Ø 10mm: de -10°C a +80°C). :-20/+80%.

CARACTERITICAS 220uF Tensión máx.

Life Specification Rango de operación

220UF 3000~5000 Hours 6.3*11mm -40ºC~+105ºC

Etapa de Regulador: En esta etapa se encuentran los circuitos integrados y el transistor. LM337 Descripción LM337 son reguladores ajustables de voltaje negativo de 3 terminales capaces de suministrar más de -1.5 A en un rango de voltaje de salida de -1.2 V a -37 V. Requieren solo dos resistencias externas para establecer el voltaje de salida y una salida condensador para la compensación de frecuencia. Características - El LM237 y el LM337 son ajustables en 3 terminales - Rango de voltaje de salida Ajustable desde reguladores de voltaje negativo capaces de suministrar en –1,2 V a –37 - Voltaje excesos de –1,5 A sobre un rango de voltaje de salida de –1,2 - Capacidad de corriente de salida de 1,5 A Max V a –37 V.

LM317 Descripción El LM317 es un regulador de voltaje positivo ajustable de 3 terminales, diseñado para suministrar 1A de corriente de salida con voltaje ajustable de 1.3V ~ 37V. Características - Tolerancia de voltaje de salida típica del 1% - Voltaje de salida ajustable de 1.3V ~ 37V - Corriente de salida superior a 1A - Protección interna contra cortocircuitos - Protección interna contra sobre temperatura - Compensación de área segura del transistor de salida

TRANSISTOR 7805 Descripción El regulador de voltaje positivo fijo de 3 terminales 7805 5V entrega hasta 1.5A de corriente de salida con un disipador de calor adecuado. El dispositivo está equipado con funciones de limitación interna, compensación de área segura + apagado térmico para inmunidad a sobrecargas. El 7805 se puede usar con componentes externos para obtener voltajes o corrientes ajustables. Características  5% de tolerancia de VOUT en todo el rango de temperatura.  Capacidad de corriente de salida superior a 1A  Protección contra sobrecarga térmica interna  Límite de corriente de cortocircuito interno  El condensador de salida no es esencial para la estabilidad  Rango de temperatura militar completo  El complemento de voltaje negativo es 7905

Configuración de los transistores internos ubicados dentro un lm 358

7.3 Simulación El circuito fue simulado en el Proteus. Esto utilizando las herramientas del PCB y del diseño 3D para tener la simulación aún más completa.

*Diagrama del circuito en Proteus.

*PCB del circuito en Proteus.

*Diseño del circuito en 3D. La simulación de la Fuente Simétrica fue exitosa, teniendo algunas complicaciones en los empaques pero corriendo al final de todos modos. Esta simulación fue realizada para comprobar que el circuito funcione, y posteriormente ya poderlo implementar. 7.4 Implementación Implementación del circuito está destinado al área de electrónica digital y al área de micro controladores, teniendo en cuenta que siempre es necesario contar con una fuente para alimentar distintos circuitos que uno mismo fabrica/construye. Para empezar con el armado de la fuente simétrica, primero se procedió a conseguir tanto una problemática y armar el diagrama de bloques. También fue realizada una respectiva simulación (tanto el diagrama de bloques como la simulación fueron mostrados en puntos anteriores).

Luego se procedió a realizar el quemado de una placa virgen para armar el circuito, contando con un diseño de la placa de forma digital, para luego imprimirlo y realizar el quemado y taladrado de la placa.

Para llevar a cabo este procedimiento, se lijo la placa con virutilla en la parte delantera para ponerla en el ácido quemador de placas en un recipiente, posteriormente a esperar su secado, la placa fue planchada. Luego se taladro la placa, con ayuda de un mini taladro diseñado para placas, esto en los lugares donde irían los componentes.

Para realizar este circuito se utilizaron: 2 Potenciómetros de 5 kOhmios. 2 Bornes de 3 pines. 2 Bornes de 2 pines. 8 Resistencias, 4 de 1kOhmios, 2 de 5kOhmios y 2 de 220 Ohmios. 4 LEDs. 4 Capacitores electrolíticos 2200 microfaradios y 1 microfaradios. 2 Capacitores (de poliéster) 100 nanofaradios.

1 Transistor 7805 y circuitos integrados LM317 y LM337. 1 Transformador de 500 miliamperios 12 Voltios (12 por bobina). 4 Bananas hembras 6 Diodos 1N4007 1 Interruptor Cautín, estaño y flux (pasta para soldar). Cables. Se utilizó también una pequeña caja metálica, para poder “encapsular” el circuito luego de que este esté terminado.

Se procedió al conectado del cableado del transformador a la placa con los componentes previamente soldados. Esto realizado con los bornes y algunos cables, ayudados con un destornillador estrella.

7.5 Resultados Ya terminado el circuito y conectado al transformador, se realizaron distintas mediciones para probar si la fuente funcionaba. Se probó la fuente regulando de la salida de voltaje, esto con ayuda de un multímetro, comprobando que su voltaje máximo de salida llega a los 18 Voltios.

También se comprobó que nuestra fuente simétrica genera como alimentación fija 5 Voltios.

Las siguientes imágenes muestran el resultado del proyecto terminado.

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones  Se llegó a comprender a profundidad que es una fuente de alimentación simétrica, además de sus componentes, logrando el amperaje buscado (500 miliamperios).  Se emplearon los conocimientos previamente adquiridos, además de adquirir algunos nuevos, para poder realizar este proyecto.  Se logró simular el proyecto en el simulador Proteus, logrando probar que los resultados son correctos de manera “teórica”.  Realizar este trabajo fue una experiencia interesante, siendo un trabajo de equipo de 4 personas. Se logró obtener los resultados buscados, dar soluciones a los problemas presentados, y se tuvo la capacidad de terminar exitosamente el proyecto. Recomendaciones  Para realizar este trabajo hace falta tener más días determinados, ya que se lo realizo en un tiempo limitado considerando la magnitud del proyecto.  Tener a la mano los componentes y materiales necesarios para realizar el proyecto de una forma más organizada y ordenada.  Tener una mejor distribución de partes, y trabajar en equipo de manera ordenada. 9. BIBLIOGRAFIA  Instrumentos Electrónicos Básicos, Ramon Pallás Areny, 2006.  Curso Fácil de Electrónica Básica, CEKIT, 2001.  https://www.google.com/search?q=tipos+de+protoboards+que+existen&oq=tipos+de+pro toboards+que+existen&aqs=chrome..69i57.10545j0j15&sourceid=chrome&ie=UTF-8  https://www.antala.es/pcb-que-es-placa-circuito-impreso/...