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CONSTRUCCION DE UNA FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE

AMADOR CANTILLO DANILO CABARCAS HERNÁNDEZ IVÁN FARID CASTAÑEDA GARCIA MIGUEL ANDRÉS OLIVERO ÁVILA LEIDY LAURA PÉREZ LIDUEÑA JUAN LUIS

ELECTRONICA

Presentado a: JUAN CARLOS ALVAREZ NAVARRO

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA BARRANQUILLA Octubre 27 de 2015

Introducción

Fuente de voltaje Variable Proyecto de Electrónica 2015-2

La fuente de alimentación construida es un dispositivo que transforma la tensión del suministro eléctrico o corriente alterna, en corriente continua para ciertos requerimientos de tensión DC. La mayoría de los dispositivos que tenemos en nuestros hogares funcionan con corriente DC, pero el sumisitos se hace en corriente AC, por cuestiones de practicidad de transporte. Por esta razón la importancia de la fuentes de alimentación DC. A través de los años estos dispositivos se han hecho cada vez más eficientes, y más baratos de construir debido, al bajo costo de los circuitos integrados y a su producción en masa. Descripción general de funcionamiento El funcionamiento de una fuente de alimentación es analoga a un proceso industrial, donde la corriente es la materia prima y los dispositivos son cada uno de los procesos que se realizan para tener el producto final terminado ver (figura 1), donde este es representado por la tensión de salida en DC.

Figura1: Analogía de regulación de corriente con proceso industrial. Descripción del Proyecto Como requisito de la materia de electrónica se propone la construcción de una fuente ajustable de voltaje entre 1.1V y 20V para fortalecer los conocimientos prácticos en esta materia y aplicar los conocimientos aprendidos de los diferentes componentes estudiados en clase. Funcionamiento El proyecto ‘construcción de un fuente de alimentación ajustable’ como su nombre lo indica, es la construcción de un fuente variable entre un rango de 1.1V y 20V. Que emplea corriente de 110V AC, la cual es obtenida del suministro eléctrico. Dicha corriente circula por un transformador con derivación central que entrega 18V AC entre los terminales extremos (figura 2), este es rectificado posteriormente por un puente de 1A Y 50V, el cual hace una rectificación de onda completa. Luego se hace pasar dicha corriente ya rectificada por un capacitor C1 electrolítico de 4700uF ¿ ), con el objetivo de obtener un voltaje más estable y

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a su vez es filtrado aún más por Un condensador de 0.1uF paralelo con

C2 ¿ ) conectado en

(C1 ) , luego la corriente pasa por el regulador LM317T. Quien

establece un rango de voltajes de salida 1.2-37V DC, el cual depende del cociente de la resistencias (R1) y (R2) conectada al LM317. Posteriormente se reduce la interferencia de corrientes parasitas empleando un condesado de 1uF (C3) en paralelo con tierra y la salida del regulador. De igual manera para el regulador LM337T se realiza el mismo arreglo teniendo en cuenta la configuración de este regulador Negativo (-1.2V a -37V), como se muestra en la figura 3.

Figura 2: transformador con derivación central.

Figura 3: Circuito de fuente de alimentación ajustable.

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Transformador y puente de rectificación de onda completa

Figura 4: Esquema del conjunto transformador con derivación central y puente rectificador de onda completa El Puente rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de la onda de entrada a una de polaridad constante (positivo o negativo) en su salida. La rectificación de onda completa convierte las dos polaridades de la onda de entrada a pulsantes DC (corriente continua), y produce una tensión de salida media superior (figura 5). En este proyecto se emplea un puente rectificador alimentado de un transformador con toma central.

Figura 5: Rectificación de onda completa. Este diseño elimina la necesidad de la conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos. Suavizado de salida del rectificador

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Aunque los rectificadores de onda completa suministran corriente unidireccional, no produce una tensión constante. La producción constante DC a partir de una alimentación de CA rectificada requiere un circuito de suavizado o filtro (figura 7). En su forma más simple esto puede lograr sólo con un condensador de depósito o condensador de suavizado, colocado en la salida de CC del rectificador.

Figura 6: Suavizado de salida del rectificador con la utilización de un condensador de filtrado.

Figura 7: La entrada de CA (amarillo) y la salida de CC (verde) de un rectificador de onda completa con un condensador de filtrado. Tenga en cuenta la onda en la señal de DC

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Regulador de voltaje LM 317 (positivo) y LM337 (negativo) Estos son regulador variables de 3 terminales. En funcionamiento, ambos desarrollan y mantienen una tensión nominal de 1.25V y -1,25 V de referencia ( V ref ) entre sus terminales de salida y de ajuste hasta 37V y -37V respectivamente. Para lograr la variación de tensión sólo se necesita de 2 R1 R2 resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable) por Y (véase la Figura 8 Y 9).

Figura 8. Configuración básica del circuito para el regulador LM 317.

Figura 9. Configuración básica del circuito para el regulador LM 337. La tensión de salida regulada está dada para ambos reguladores como: R2 + I Adj R2 R1

( )

V OUT =V ref 1+

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Puesto que la corriente en el terminal de ajuste (

I Adj

) representa un término de

error en la ecuación, el LM317 Y el LM 337 fueron diseñados para controlar

I Adj

a menos de 100 µA y mantenerla constante. Para ello, toda la corriente de funcionamiento en reposo se devuelve al terminal de salida. Esto impone el requisito de una corriente de carga mínima. Si la corriente de carga es inferior a este mínimo, la tensión de salida se elevará. Para mejorar la regulación el resistor R1 se debe colocar lo más cercano posible al regulador, mientras que el terminal que se conecta a tierra del resistor R2 debe estar lo más cercano posible a la conexión de tierra de la carga

Materiales y componentes Se utilizaron los siguientes componentes electrónicos para la construcción de la fuente variable:                  

1 Regulador LM317 con disipador (disipador pequeño) 4 Diodos 1N4004 1 condensador electrolítico 4700uf/25v 1 condensasor electrolíticos 10uf/25v 1 condensador cerámico 0.01uf 2 resistencia de 240Ω/1/2W 1 potenciometro de 5k Ω 1 transformador primario de 120V - secundario 9v-9v/1Amp Un switch neon 2 conectores tipo banana (rojo y negro) Fusible de 2 Amp Portafusible Chasis 2 metros de cable dúplex 2 cables de teléfono 4 espadines 4 tornillo con tuercas 1 perilla para el potenciómetro

Construcción de la fuente ajustable 1. Se simula el circuito propuesto para validar su correcto funcionamiento. (Figura

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Figura 12. Simulación básica del circuito propuesto. 2. Después de comprueba si se obtiene el funcionamiento deseado que se elaboró en el circuito correspondiente de la fuente en el software EAGLE. Disponiendo de los componentes electrónicos necesarios para posteriormente ser impreso en el papel propalcolte con las dimensiones correctas para plasmarlo en la baquelita.

Figura 13. Montaje del circuito en EAGLE.

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Se hace el diseño del circuito en PROTEUS , este circuito se imprime en papel propalcolte

Figura 15. Diseño del circuito impreso en papel propalcolte. Luego de haber impreso el circuito este se adhiere a la baquelita con la ayuda de una plancha, la plancha aplica calor y hacer que el impreso quede en la baquelita de cobre

Luego la baquelita se coloca en agua para quitar el papel y el circuito quede plasmado, se lija y se usa percloruro de hierro para fundir el impreso

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Al cabo de 5-10 minutos el ácido ha retirado la película de cobre completamente de la baquelita y se obtiene el siguiente resultado

Figura 18. Circuito impreso en el lado de cobre de la baquelita. Con el impreso listo se procedió a hacer los agujeros donde se fijaron los componentes electrónicos con estaño fundido, para hacer estos agujeros se utilizó un motorTool con una broca de 1/8 de pulgada. En la figura 21 se observan los componentes luego de ser soldados dentro en la tarjeta con la ayuda de un cautín y las disposición de los diferentes elementos dentro de la carcasa.

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Figura 21. Fuente lista para ser testeada y sellada.

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Figura 22. Imágenes de la fuente de voltaje DC variable terminada y en operación. Caída de voltaje y Resistencia Interna: Para diferentes valores de la resistencia de carga se mide el voltaje que cae en comparación con la medida sin carga.  Primero se mide el voltaje sin carga (Voltaje ideal)



Poner diferentes resistencias de carga, medir voltaje y corriente, inmediatamente obtenemos resultados para ∆V=V abierto-Vcarga.

La resistencia interna puede ser calculada de la siguiente manera:

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∫ ¿=

ΔV I

R¿ Potencia La potencia que entrega la fuente puede ser calculada de la siguiente manera: Pout =V out∗I pot Cálculos Valor de la resistencia (kΩ) 1

10

22

220

Voltaje Voltaje Corrient abierto (V) carga (V) e (mA) 3.00 8.00 12.00 18.00 3.00 8.00 12.00 18.00 3.00 8.00 12.00 18.00 3.00 8.00 12.00 18.00

2.99 7.99 11.99 17.99 2.98 7.95 11.95 17.93 2.9 7.8 11.76 17.63 2.43 6.53 9.87 14.78

0.03 0.10 0.15 0.27 0.03 0.10 0.15 0.27 0.03 0.10 0.15 0.27 0.03 0.10 0.15 0.27

∆V (V)

Rint (kΩ)

Pout (mW)

0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.05 0.05 0.07 0.10 0.20 0.24 0.37 0.57 1.47 2.13 3.22

0.33 0.10 0.07 0.04 0.67 0.50 0.33 0.26 3.33 2.00 1.60 1.37 19.00 14.70 14.20 11.93

0.09 0.80 1.80 4.86 0.09 0.80 1.79 4.84 0.09 0.78 1.76 4.76 0.07 0.65 1.48 3.99

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Caida de voltaje 3.50 3.00 2.50 3V

2.00

∆V (v)

8V 12V

1.50

18V

1.00 0.50 -

0

20

40

60

80

100 120 140 160 180 200 220

RESISTENCIA DE CARGA (kΩ)

Resistencia Interna 18.00 16.00 14.00 12.00

3V

10.00

Rint (kΩ)

8V

8.00

12V

6.00

18V

4.00 2.00 -

0

20

40

60

80

100 120 140 160 180 200 220

RESISTENCIA DE CARGA (kΩ)

De la tabla y las gráficas anteriores se puede deducir lo siguiente:  Para una misma resistencia de carga, las caídas de voltajes son directamente proporcionales a la tensión entregada por la fuente de la fuente.

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 La resistencia interna de la fuente es inversamente proporcional a la tensión entregada por la fuente para una misma resistencia de carga.  La potencia máxima entregada por la fuente a 18 v promedio en 4.85 mW. REFERENCIAS [1] [En línea]. Available: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/LM317-D.PDF. [Último acceso: 27 Abril 2015]. [2] [En línea]. Available: http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/Paginas/Pagina5.ht m. [Último acceso: 28 Abril 2015]. [3] [En línea]. Available: https://www.futurlec.com/Diodes/W02M.shtml. [Último acceso: 27 Abril 2015]. [4] [Enlínea].Available: https://www.youtube.com/results? search_query=internal+resistance+DC+source. [Último acceso: 30 Abril 2015].