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TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE JOCOTITLÁN

CONSTRUCCIÓN DE UNA FUENTE REGULABLE

DOCENTE: ING. JAIME ROSALES DAVALOS

ALUMNOS: ISMAEL BECERRIL AYALA JORGE LUIS MELCHOR MARTINEZ JUAN DANIELLOPEZ BERNAL

JOCOTITLÁN, ESTADO DE MÉXICO ENERO 2012

MATERIALES -2 CAPACITOR ELECTROLITICO 4700µF -2 CAPACITORES ELECTROLITICOS DE .1µF -2CAPACITORES ELECTROLITICOS DE 1µF -2 CAPACITORES DE ELECTROLITICOS 10µF -2 LM317K -2 DIODOS LEDS -2 RESITENCIAS DE 240KΩ -2 POTENCIOMETROS DE 50KΩ -2 PUENTES RECTIFICADORES

INTRODUCCIÓN

PUENTE RECTIFICADOR Consiste en cuatro diodos comunes de uso general, que convierten una señal con partes positivas y negativas en una señal únicamente positiva. Un simple diodo permitiría quedarse con la parte positiva, pero el puente permite aprovechar también la parte negativa. El puente, junto con un condensador de rizado y un diodo zener, para limitar la tensión, permite convertir la corriente alterna en continua. El papel de los cuatro diodos comunes es hacer que la electricidad vaya en un solo sentido, mientras que el resto de componentes tienen como función estabilizar la señal. Los capacitores tampoco nunca están ausentes en los circuitos electrónicos, éstos consisten básicamente de dos placas metálicas separadas por un material aislante

(llamado dieléctrico). Este material dieléctrico puede ser aire, mica, papel, cerámica, etc.

CIRCUITOS RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA

Un rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión de las porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa).

Rectificador de onda completa mediante dos diodos con transformador de punto medio En este tipo de rectificador el transformador convierte la tensión alterna de entrada en otra tensión alterna del valor deseado, esta tensión es rectificada durante el primer semiciclo por un diodo y durante el segundo semiciclo por el otro diodo, de forma que a la carga le llega una tensión continua pulsante muy impura ya que no está filtrada ni estabilizada. En este tipo de circuito tomamos el valor de potencial 0 en la toma intermedia del transformador. Rectificador de onda completa tipo puente doble de Gratz Se trata de un rectificador de onda completa en el que, a diferencia del anterior, sólo es necesario utilizar transformador si la tensión de salida debe tener un valor distinto de la tensión de entrada. A fin de facilitar la explicación del funcionamiento de este circuito se denomina D-1 al diodo situado más arriba y D-2, D-3 y D-4 a los siguientes en orden descendente. 

Durante el semiciclo en que el punto superior del secundario del transformador es positivo con respecto al inferior de dicho secundario, la corriente circula a través del camino siguiente:

Punto superior del secundario --> Diodo D-1 --> (+) Resistencia de carga R(-) --> Diodo D-4 --> punto inferior del secundario. 

En el semiciclo siguiente, cuando el punto superior del secundario es negativo y el inferior positivo lo hará por:

Punto inferior del secundario --> Diodo D-2 --> (+) Resistencia de carga R (-) --> Diodo D-3 --> punto superior del secundario. En este caso, vemos como circula corriente por la carga, en el mismo sentido, en los dos semiciclos, con lo que se aprovechan ambos y se obtiene una corriente rectificada más uniforme que en el caso del rectificador de media onda, donde durante un semiciclo se interrumpe la circulación de corriente por la carga. En ambos tipos de rectificadores de onda completa, la forma de onda de la corriente rectificada de salida, será la de una corriente continua pulsatoria, pero con una frecuencia de pulso doble de la corriente alterna de alimentación. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA Durante el semiciclo positivo de la tensión del primario, el bobinado secundario tiene una media onda positiva de tensión entre sus extremos. Este aspecto supone que el diodo se encuentra en polarización directa. Sin embargo durante el semiciclo negativo de la tensión en el primario, el arrollamiento secundario presenta una onda sinusoidal negativa. Por tanto, el diodo se encuentra polarizado en inversa. APLICACIONES El Puente de diodos rectificador se emplean la mayoría de los equipos electrodomésticos en la entrada de la línea de alimentación de corriente alterna directamente o después de un transformador aislador. La línea de alimentación domestica empleada es la corriente alterna y la mayoría los equipos electrodomésticos utilizan para su funcionamiento corriente continua, por lo que el puente de diodos rectificadores esencial para su funcionamiento.

GOOGLE. (16 de ENERO de 2012). Recuperado el 16 de ENERO de 2012, de GOOGLE: http://www.ecured.cu/index.php/Puente_rectificador

CAPACITORES ELECTROLITICOS

Símbolo condensador (no polarizado)

Símbolo condensador electrolítico (polarizado)

FIG.1 SIMBOLO DEL CAPACITOR

El valor de un capacitor se determina por la superficie de las placas y por la distancia entre ellas, la que está determinada por el espesor del dieléctrico, dicho valor se expresa en términos de capacidad. La unidad de medida de dicha capacidad es el faradio (F). Los valores de capacidad utilizados en la práctica son mucho más chicos que la unidad, por lo tanto, dichos valores estarán expresados en microfaradios (1 F = 1 x 10-6 F), nanofaradios (1 F = 1 x 10-9 F) o picofaradios (1 F = 1 x 10-12 F). Cuando se aplica una tensión continua entre las placas de un capacitor, no habrá circulación de corriente por el mismo, debido a la presencia del dieléctrico, pero se producirá una acumulación de carga eléctrica en las placas, polarizándose el capacitor. Una vez extraída la tensión aplicada, el capacitor permanecerá cargado debido a la atracción eléctrica entre las caras del mismo, si a continuación se cortocircuitan dichas caras, se producirá la descarga de las mismas, produciendo una corriente de descarga entre ambas. Si ahora le aplicamos una tensión alterna se someterá al capacitor a una tensión continua durante medio ciclo y a la misma tensión, pero en sentido inverso, durante la otra mitad del ciclo. El dieléctrico tendrá que soportar esfuerzos alternos que varían de sentido muy rápidamente, y por lo tanto, su polarización deberá cambiar conforme el campo eléctrico cambia su sentido, entonces si aumentamos la frecuencia el dieléctrico ya no podrá seguir estos cambios, produciéndose eventualmente una disminución en la capacidad. En síntesis, la capacidad de un capacitor disminuye conforme aumenta la frecuencia. Los condensadores, al igual que las resistencias, se pueden conectar tanto en serie como en paralelo:

FIG. 2 CONEXIÓN DE LAS RESITENCIAS

La capacidad equivalente serie es: CT = 1/(1/C1 + 1/C2 + 1/C3 +... + 1/Cn)

y la capacidad equivalente paralelo es: CT = C1 + C2 + C3 +... + Cn Existe mucha variedad de capacitores a lo que a tipos se refiere. Existen los cerámicos, que están construidos normalmente por una base tubular de dicho material con sus superficies interior y exterior metalizadas con plata, sobre las cuales se encuentran los terminales del mismo. Se aplican tanto en bajas como en altas frecuencias.

FIG.3 CAPACITORES CERAMICOS Otro tipo es el de plástico, que está fabricado con dos tiras de poliéster metalizado en una cara y arrolladas entre sí. Este tipo de capacitor se emplea a frecuencias bajas o medias. Con este tipo de capacitor se pueden conseguir capacidades elevadas a tensiones de hasta 1.000 V. También existen capacitores electrolíticos, los cuales presentan la mayor capacidad de todos para un determinado tamaño. Pueden ser de aluminio o de tántalo. Los primeros están formados por una hoja de dicho metal recubierta por una capa de óxido de aluminio que actúa como dieléctrico, sobre el óxido hay una lámina de papel embebido en un FIG.4 CAPACITORES ELECTROLITICOS

líquido conductor llamado electrolito y sobre ella una segunda lámina de aluminio. Son de polaridad fija, es decir

que solamente pueden funcionar si se les aplica la tensión continua exterior con el positivo al ánodo correspondiente. Son usados en baja y media frecuencia.

Los capacitores electrolíticos de tántalo son muy similares a los de aluminio.

Qué aplicaciones tiene un capacitor? o

Para aplicaciones de descarga rápida, como un Flash, en donde el condensador se tiene que descargar a gran velocidad para generar la luz necesaria (algo que hace muy fácilmente cuando se le conecta en paralelo un medio de baja resistencia)

o

Como Filtro, Un condensador de gran valor (1,000 uF - 12,000 uF) se utiliza para eliminar el "rizado" que se genera en el proceso de conversión de corriente alterna a corriente continua. 

Para aislar etapas o áreas de un circuito: Un condensador se comporta (idealmente) como un corto circuito para la señal alterna y como un circuito abierto para señales de corriente continua, etc.

GOOGLE. (16 de ENERO de 2012). Recuperado el 16 de ENERO de 2012, de GOOGLE: http://www.viasatelital.com/proyectos_electronicos/capacitores.htm

FUNCIONAMIENTO DEL LM317

El LM317 es un regulador de tensión positivo con sólo 3 terminales y con un rango de tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios. Las patillas son: Entrada (IN), Salida (OUT), Ajuste (ADJ) Para lograr esta variación de tensión sólo se necesita de 2 resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable).

FIG. 5 DIAGRAMA DEL LM317

La tensión entre la patilla ADJ y OUT es siempre de 1.25 voltios (tensión establecida internamente por el regulador) y en consecuencia la corriente que circula por la resistencia R1 es: IR1 = V / R1 = 1.25/R1

Esta misma corriente es la que circula por la resistencia R2. Entonces la tensión en R2: VR2 = IR1 x R2. Si se sustituye IR1 en la última fórmula se obtiene la siguiente ecuación: VR2 = 1.25 x R2 / R1. Como la tensión de salida es: Vout = VR1 + VR2, entonces: Vout = 1.25 V. + (1.25 x R2 / R1) V. simplificando (factor común) Vout = 1.25 V (1+R2 / R1) V. De esta última fórmula se ve claramente que si modifica R2 (resistencia variable), se modifica la tensión Vout En la fórmula anterior se ha despreciado la corriente (IADJ) que circula entre la patilla de ajuste (ADJ) y la unión de R1 y R2. Esta corriente se puede despreciar, tiene un valor máximo de 100 uA y permanece constante con la variación de la carga y/o de la tensión de entrada.

Con el propósito de optimizar 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 Con el propósito de optimizar el funcionamiento del regulador se pueden incorporar al diseño algunos elementos adicionales: (ver diagrama inferior). - Se pone un capacitor C1 de 0.1uF en la patilla de entrada (IN) si el regulador se encuentra alejado del bloque que se encarga de la rectificación.

- Se pone un capacitor C3 de 1 uF de tantalio o 25 uF electrolítico en la patilla de salida (OUT) con le propósito de mejorar la respuesta a transitorios.

FIG. 6 DIAGRAMA DEL LM317 CON PROTECCION

- Se pone un capacitor electrolítico de 10 uF (C2) en paralelo con R2 con el propósito de mejorar el rechazo del rizado.

- Se pone un diodo D1 (1N4001) para proteger el regulador contra posibles cortos circuitos en la entrada del regulador.

- Se pone un diodo D2 (1N4001) para proteger al regulador contra posibles cortos circuitos en la salida al dar camino a la descarga de capacitores. GOOGLE. (16 de ENERO de 2012). Recuperado el 16 de ENERO de 2012, de GOOGLE: http://www.unicrom.com/Tut_LM317.asp

POTENCIOMETRO El potenciómetro, es un componente pasivo similar en funcionamiento a la resistencia, pero con ciertas particularidades: Tiene tres conexiones, en lugar de dos, como una resistencia “normal”, si bien pueden cortocircuitarse en algunas ocasiones dos de ellas, según lo necesario para el circuito. 



El valor de la resistencia es variable, al modificar manualmente la longitud de la parte resistiva del componente, al girar la parte metálica y con resistencia casi nula del componente.  La resistencia total entre dos de los terminales es la marcada en la serigrafía, variando el valor entre el terminal central, aumentando con un terminal el mismo valor que disminuye en comparación al otro. El potenciómetro se utiliza para controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si éste se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial si éste se conecta en serie. Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente.

FIG.7 ESQUEMA DEL POTENCIOMETRO 

Potenciómetros lineales. La resistencia es proporcional al ángulo de giro.



Logarítmicos. La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro

FIG.8. POTENCIÓMETRO LOGARÍTMICO. IMAGEN : POTENCIÓMETRO LINEAL. GOOGLE. (16 de ENERO de 2012). Recuperado el 16 de ENERO de 2012, de GOOGLE: http://www.investigacion.frc.utn.edu.ar/sensores/Tutorial/TECNO2.pdf

DESARROLLO

Se procedió a diseñar el circuito en multisim come se muestra a continuación: LM317K Vin

Vout ADJ

NLT_PQ_4_24

150Ω 1N4001

1N4001 4.7kΩ

120 Vrms 60 Hz 0°

4700µF

1N4001

5kΩ .1µF 0% Key=A

10µF

1µF

1N4001

FIG. 9 DIAGRAMA DE LA FUENTE

-Después se procedió a colocar todos los componentes como se muestra en el diagrama anterior -Posteriormente comprobar que la fuente de voltaje que funcione correctamente - Para después probar en la alimentación de circuitos. -El circuito se construyo por separado debido a que es más eficiente independientemente. -Después se procedió a conectar las terminales positivas y negativas para posteriormente formar la fuente bipolar En el diagrama del circuito, el transformador proporciona una tensión alterna senoidal, aumenta o disminuye la amplitud de una tensión alterna, mantiene la frecuencia y proporciona aislamiento galvánico.

RESULTADOS

Los resultados obtenido en la construcción de la fuente regulable bipolar fueron satisfactorias en el uso de la fuente variable ya que al hacer cortocircuito, no tubo mucha variación en la caída de voltaje por lo cual se consideran satisfactorios la construcción de la fuente regulable.

CONCLUSIÓN

Por medio de esta práctica, se ha podido comprender mejor y más detalladamente tanto el funcionamiento de las fuentes de voltaje regulables, como el de los mismos componentes que la integran. Esto sirve para corroborar la importancia y utilidad que una fuente variable tiene en la mayoría de los circuitos electrónicos. Asimismo, también se observó lo fundamental que es el tener un sistema de protección contra cortocircuitos, dado que esto ayuda en gran medida a evitarlas pérdidas y los daños que pudiesen ocurrir los componentes utilizados.