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• Javier Peres

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Fuente de Alimentación Dual

Maracaibo Febrero del 2018

Introducción La fuente de alimentación dual se utiliza como dispositivo electrónico, que es capaz de convertir la corriente alterna a través de rectificadores en corriente continua. La fuente es construida a partir de componentes electrónicos como transformador, diodos, filtros y reguladores de voltaje. Este proyecto presenta el montaje y operación de una fuente de alimentación, que se construye utilizando filtros, rectificadores y, en consecuencia reguladores de voltaje. Si se empieza con un voltaje de ca, se obtiene un voltaje de cd estable al rectificar el voltaje de ca, filtrar luego a un voltaje de cd y, por último, establecer una regulación para obtener el voltaje de cd fijo deseado. La regulación se obtiene por lo general a partir de un regulador de voltaje, el que toma el voltaje de cd y suministra un voltaje del mismo tipo un poco menor y el cual se mantiene estable aun cuando la entrada de voltaje de cd varíe o la carga de entrada conectada al voltaje de cd cambie. En el ensamblaje de este dispositivo se obtiene un circuito que entrega 2 tensiones constantes o reguladas (+12V y -12V), los cuales nos servirán para conectar todos los kits y experimentos que se realizan durante el curso, evitando así el uso de pilas o baterías que se desgastan rápidamente

Materiales y Equipos



Puente rectificador( 4 diodos 1n4007 )



1 Transformador De 24V, 1A, con Toma Central (12V & 12V)



2 Condensadores de 2200µF de 35v.



2 Condensadores de 220 µF de 35v



2 Capacitores de 100nF



Resistencias.



1 Regulador de voltaje LM7812



1 Regulador de voltaje LM7912.



Osciloscopio.



1 Protoboard.



Conectores (cables finos para Protoboard).



Multímetro.



Diodos.

Objetivo General: 

Diseñar una fuente de tensión dual de corriente continua.

Objetivos Específicos:  Diseñar y ensamblar una fuente de tensión dual de corriente continua de 12V, usando como referencia un diagrama circuital previamente diseñado.  Medir el voltaje eficaz del lado secundario del transformador usando el osciloscopio, (sin tomar en cuenta la toma central).  Medir el voltaje pico de la señal rectificada por el puente, usando el osciloscopio. Si la señal mostrada no es la deseada se sugiere conectar una resistencia en el orden de kilo ohmios “no mayor a 10k” entre la salida rectificada del puente y medir la señal en la misma.  Medir el voltaje de rizado en uno de los 2 condensadores de 2200uF montados en el circuito, usando el osciloscopio. 

Medir el voltaje final de salida de la fuente con el multímetro, en DC.

Información Preliminar

Fuente de alimentación: Es un dispositivo que convierte la tensión alterna de una red comercial, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.). Las fuentes de alimentación son construidas a partir de dispositivos electrónicos como el transformador, diodos rectificadores, filtros y reguladores de voltaje La fuente de alimentación cuando se enciende, inicia con un voltaje de AC en la que ésta pasa por un proceso de rectificación y se obtiene un voltaje de DC estable, luego se filtra a un nivel DC y al final éste se regula para obtener el voltaje fijo deseado (ver figura 1). Transfor mador

Rectifi cación

Fil tro

Reg ulación

Figura 1: Diagrama de bloques de las partes de una fuente de alimentación

La transformación: Compuesta por el transformador T1, se inicia con una alimentación de 110VAC en el lado primario, y tiene como salida 24v en el lado secundario, el transformador cuenta con toma central el cual divide el lado secundario en dos salidas de 12v.Se conecta el lado secundario de 24VAC a la zona de rectificación.

Figura 2. Transformador de 2 derivaciones con neutro. La zona de rectificación está

compuesta por un puente rectificador,

construido a través de 4 diodos, con dos terminales para la entrada alterna y dos terminales para la salida. Este se encargara de convertir la tensión alterna que sale del transformador a tensión continua, los terminales para la salida de tensión, son positiva y negativa de VDC. Aun no se tiene una salida de tensión estable, por ello, es necesario filtrarlas.

Figura 3. Onda alterna rectificada.

Zona de filtros para los componentes electrónicos se necesita una tensión constante, para tener esta tensión rectificada VDC en la carga se emplean filtros, lo más común son los condensadores, cuando la tensión de la fuente alcanza su valor pico, el diodo conduce brevemente recargando el condensador a la tensión pico, entonces la tensión en este es igual a la tensión del lado secundario del transformador V2*√2,se toma en cuenta la caída de tensión en el diodo, La tensión de salida quedara de la forma mostrada en la fig 1.

Fig. 4 forma de onda que causa el filtro. Se observa que se mantiene un rizado, debido a la descarga del condensador. La etapa de regulación Se utilizó los reguladores ajustables como son los LM305 para salida positiva, y LM308 para la negativa. Esta parte consta de los reguladores, resistencia y potenciómetros. Los reguladores reducen el rizado y proporcionan una salida de tensión aproximadamente exacta, dependiendo de la cual se necesite, los potenciómetros y la resistencia nos permite mantener la regulación del voltaje que sale del regulador.se debe tomar en cuenta que la regulación oscila entre 1.25v hasta 17.25 V debido a la transformación y tensión pico del transformador, están los reguladores LM78XX y LM79XX donde la tensión de entrada en Vin deberá ser 2 o 3V, superior a la de Vout para asegurar el funcionamiento de este. Se debe tener en cuenta que la toma central del transformador, se utilizó con la finalidad de usarla como conexión a tierra para el circuito y las diferentes conexiones de los dispositivos.

Funcionamiento: El funcionamiento de la fuente de alimentación se explica basado en un diagrama esquemático que se muestra en la figura 2. El circuito está formado

por varios componentes muy importantes, el primero de ellos es el

transformador, el cual toma el voltaje de corriente alterna de normalmente 110VAC a 120VAC aquí en Venezuela, (o 220VAC en algunos países). A través de su bobina primaria y la convierte a dos tensiones de 12VAC en el secundario. Los voltajes de corriente alterna obtenidos se deben pasar a corriente directa mediante un proceso llamado rectificación. Para realizar dicha labor se utiliza el montaje con 4 diodos como se muestra en el diagrama esquemático, esta estructura es conocida como puente rectificador. Las salidas del transformador (Sin la toma central), se conectan a los puntos 2 y 3 (donde los puntos 2 y 3 son del tipo “~”), del puente rectificador tal como se ve en el diagrama esquemático. Las salidas del puente rectificador que están marcadas con los puntos 1 y 4 (Donde el punto 1 es “+” y el 4 es “-”), alimentan a los reguladores de voltaje de +12V (LM7812) y de -12V (LM7912) respectivamente. El cable central del secundario del transformador se conecta a tierra de los reguladores de voltaje que están más adelante, con el fin de conformar la tierra de corriente continua general para el circuito. Hasta este punto, el voltaje que se ha obtenido a la salida del Puente rectificador no está regulado. Por lo tanto, puede variar de acuerdo a las fluctuaciones de la línea de corriente alterna que alimenta el primario. Para mejorar la calidad de la señal que se ha obtenido se utiliza 2 condensadores de 2200μF, uno de ellos conectado entre el voltaje positivo que va a la entrada del regulador de +12V (LM7812) y la tierra de corriente continua y el otro a la entrada del regulador de -12V (LM7912) y la misma tierra. El voltaje de entrada de estos reguladores debe ser al menos 2,5V por encima de su

especificación de salida, por ejemplo, para un regulador de 12V la tensión de entrada debe ser igual o superior a 14,5V.

Los tipos de reguladores que se suelen usar son:  Reguladores de la serie LM78XX.  Reguladores de la serie LM79XX.  Regulador ajustable LM317.

Figura 5. Reguladores de voltaje

Figura 6. Regulador de voltaje variable

Figura 7. Regulador de voltaje de la familia lm78xx

Procedimiento

Montaje del circuito:

Figura 8: Diagrama circuital diseñado (Fuente Dual)

Simulaciòn Multisim:

𝑉𝑠𝑒𝑐𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠 =

33,882 √2

= 23,958 𝑉𝑟𝑚𝑠.

Medición del voltaje eficaz, del lado secundario del transformador, usando el osciloscopio en el laboratorio:

𝑉𝑠𝑒𝑐𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠 =

1,9𝐷𝑖𝑣 ∗ 20 𝑉⁄𝐷𝑖𝑣 √2

= 26,870 𝑉𝑟𝑚𝑠.

1) Se realizó el cálculo y la medición para determinar el V máx de la onda rectificada por el puente

Valor Calculado: 𝑉𝑚á𝑥 = 24√2 − 1,4 = 32,541 𝑉. En las mediciones con el osciloscopio se obtuvo: 𝑉𝑚á𝑥 =

2,2𝐷𝑖𝑣 ∗ 20 𝑉⁄𝐷𝑖𝑣 √2

= 31,110 𝑉.

2) Se midió el voltaje de rizado del filtro usando el osciloscopio del laboratorio:

Los 12√𝟐, es el voltaje pico de la mitad de 𝐕𝟐 (voltaje pico del secundario del transformador) y los (12V+2.5V) es el voltaje mínimo de entrada del LM7812.

Valor Medido: 𝑉𝑟𝑖𝑧 = 1.2𝐷𝑖𝑣 ∗ 2 𝑉⁄𝐷𝑖𝑣 = 2.4𝑉. Nota: Se tomó como eje de referencia, la División 1 Vertical que está por encima del eje central horizontal de la pantalla del osciloscopio. Valor Calculado: Usando la ecuación (6), tenemos: 𝑉𝑟𝑖𝑧𝑝𝑝 = 12√2 − (12𝑉 + 2,5) => 𝑉𝑟𝑖𝑧𝑝𝑝 = 2,47𝑉. Tablas de Resultados. 1)

𝑽𝒔𝒆𝒄𝑻𝒓𝒂𝒏𝒔 (𝑽𝒓𝒎𝒔):

Voltaje Eficaz del lado secundario del transformador: Valor Calc./Simul.: 23,958

Valor Medido: 26,870

% Error: 12,15 %.

Tabla Nº1: Teoría de error, para los valores eficaces del lado secundario del transformador.

2)

𝑽𝒎á𝒙 (𝑽):

Voltaje Máximo (Valor pico del puente rectificador): Valor Calc./Simul.: 32,541

Valor Medido:

% Error:

31,110

4,39 %.

Tabla Nº2: Teoría de error, para los valores Máximos (Valor pico del puente rectificador).

3)

𝑽𝒓𝒊𝒛 (𝑽):

Voltaje de rizado del filtro o condensador: Valor Calc./Simul.: 2,47

Valor Medido: 2,4

% Error:

2.83%. Tabla Nº3: Voltaje de rizado del filtro o condensador.

4)

𝑽𝑷𝒐𝒔. (v): 𝑽𝑵𝒆𝒈. (V):

Voltajes de Salida de la fuente de alimentación dual: Valor Calc./Simul.: 12,567 12,589

Valor Medido: 11,880 12,120

% Error: 5,47 %. 3,72%.

Tabla Nº4: Teoría de error, para los voltajes de Salida de la fuente de alimentación dual.

Conclusión

La corriente alterna desde sus inicio fue la manera más eficiente de transmitir energía eléctrica a grandes distancias, pero esta no es útil para la implementación en artefactos electrónicos, debido a q que los dispositivos electrónicos que usamos hoy en día, en su mayoría trabajan con corriente continua, y para ello se utilizan dispositivos que convierten la corriente alterna en continua, como es el caso de la fuente dual. Por lo cual se realizó el proyecto con la finalidad de obtener una fuente de alimentación de +12, -12. En el cual lo primero que se busca es reducir el voltaje de la red eléctrica a valores de alterna más manejables, llevar esta corriente Ac a pasar por un filtro de onda completa, elaborado por diodos donde solo se obtuvieron ciclos positivos de la onda, posteriormente pasarla por unos filtros, o condensadores para que la misma no se observen estos ciclos del senoide, y por tanto obtener un pequeño rizado a la salida con valores pico a pico de +-2v, para solventar los problemas de rizado, se utilizaron los reguladores de voltaje para 12v lm7812, lm7912, el cual llevaron nuestra salida a un dc sumamente más estabilizado Podemos decir, que en la actualidad existen componentes electrónicos, que funcionan con bajos niveles de tensión, y estos se pueden llevar a cabo a través de la fuente de alimentación dual.