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• Gabriel Llerena Quenaya

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23 DE ABRIL DE 2018

TRABAJO DE PRIMERA FASE CIRCUITOS ELECTRONICOS III , SECCION A LLERENA QUENAYA, GABRIEL NÚÑEZ PAUCARA, VITTOR SUCLLA MEDINA, RENZO INGENIERIA MECÁNICA, MECÁNICA-ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARIA AREQUIPA – SEMESTRE IMPAR 2018

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FISICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL INGENIERIA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

Página:1/5 Docente: Ing. Juan Carlos Cuadros

Circuitos Electrónicos III TRABAJO DE PRIMERA FASE Apellidos y Nombres:

I.

Código: Semestre: Sección:

4E07050 VII A FECHA:

Trabajo N°:

1

12/ABR/2018

INDICACIONES (LEER PRIMERO) a)

Los problemas serán solucionados y presentados en forma grupal. (3 integrantes como máximo)

b)

Desarrolle un informe (documento Word, emplear está plantilla) con la solución analítica detallada de los problemas, las pruebas de simulación y verificación de resultados correspondientes (las simulaciones deberán realizarse en Proteus 7.8 (NO OTRA)) y los videos solicitados.

c)

Entregar el trabajo a través del Aula Virtual en el enlace correspondiente en un solo archivo según las siguientes indicaciones: i)

Crear una carpeta.

ii)

Colocar en esta carpeta el archivo informe (documento Word con una caratula con los datos de los integrantes del grupo), los archivos de las simulaciones separados por carpetas (P. ej. ) y los videos de pruebas.

iii) Comprimir (en formato zip o rar) y entregar a través del enlace. d)

El plazo de entrega máximo es el 23 de abril de 2018 hasta las 23.00 hrs., hora en que se cerrara el enlace. No se recibirán trabajos fuera de este plazo máximo.

e)

Cualquier duda o consulta acerca del trabajo hacerla a través del email [email protected] consignando en el asunto [Consulta CE3-18-TF1] y firmando con sus nombres y apellidos y código después de su mensaje o a través del whatsapp del grupo (Electrónicos III).

II.

PROBLEMAS 1.

REGULADORES 1.1. Dado el siguiente circuito (figura 1):

Figura 1: Problema 1.1

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Código: Semestre: Sección:

4E07050 VII A FECHA:

Trabajo N°:

1

12/ABR/2018

Se pide: 1.1.1. Explicar en forma cualitativa el funcionamiento del circuito. Primero se reduce el voltaje de la red mediante el transformador, posteriormente se rectifica la señal tanto negativa como positiva. El siguiente paso es filtrar para evitar el rizado, luego se introduce el voltaje al regulador, finalmente a la salida del regulador se tiene el voltaje deseado, en el 7905 es de 5V Y en el 7805 de 5V 1.1.2. Determinar la tensión de salida Vo1 5V

1.1.3. Determinar la tensión de salida Vo2 -5V

1.1.4. Calcular la amplitud mínima del transformador (Vp) si ambos reguladores tienen un dropout de 2 voltios. (Dato: Vd = 0.7 V) 5.94 VAC

1.2. En el siguiente circuito (figura 2):

Se pide: 1.2.1. Encontrar la expresión teórica de Vo. 𝑉𝑜 = (1 +

𝑅1 𝑅2

) 𝑉𝑧 o

Cuando el transistor T1 y T2 entran en saturancion: 𝑉𝑜 = 𝑉𝑖 − 2 (2V voltaje CE en 2n3055) 1.2.2. Explique cualitativamente el proceso de regulación. La regulación de la fuente se llevará a cabo solo si el valor en la pata inversora es menor al de la no inversora, en este caso 9V por el diodo Zener que mantiene ese voltaje constante, es decir el rango de voltajes será desde el voltaje del diodo Zener (9V) hasta 𝑉𝑖 − 1.4 𝑉

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4E07050 VII A FECHA:

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1

12/ABR/2018

1.2.3. Investigar que es regulación de carga y regulación de línea y encontrar la expresión de Ro y ∆𝑽𝒐⁄∆𝑽𝒊 a)

Regulación de carga.- Es la capacidad que tiene una fuente de alimentación de regular la

tensión solicitada con independencia de la corriente que se le sea solicitada. b)

Regulación de Línea. - Es una medida de la capacidad que tiene una fuente de alimentación

para mantener la tensión de salida nominal con variación de la tensión de alimentación. Habitualmente la tensión de alimentación es una tensión continua no regulada.

1.2.4. Calcular R1, R2, R3, VDZ1, Vi para obtener a la salida una tensión de 12 volts y una corriente máxima de 5A. R1 = 10KΩ, R2 = 1.4Ω, R1 = 0.6Ω. Corriente máxima 5A ya que cuando esto pase el voltaje en R2 será de 9V superando así el voltaje en la pata no inversora y así el regulador se apagara.

1.2.5. Calcular el estado de potencia de los transistores. T2 se comporta como un transistor excitador de T1, por ende no trabaja mucho su disipación de potencia seria de 1V*(Beta*Corriente de salida de OPAM) en este caso sería de 1V*(20*20mA) = 400mW = 0.4W En el caso de T1 si estaría cargando con bastante potencia, cuando le exigimos 5A estos circulan por la unión colector emisor que tiene un voltaje en saturación de 2V, por ende tenemos 5A *2V= 10W

1.2.6. Como alimentaría al Amplificador Operacional y evalúe cuanto valdrá la tensión en el borne de salida del mismo. Se alimentaria desde Vi y la tensión en los bornes serían los mismo de Vi, su salida alta y baja serian 0V y Vi

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1

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1.3. Diseñar un regulador de tensión de 7.5 V nominal con capacidad de alimentar cargas comprendidas entre 1.5 Ω y 10 Ω. Para ello se dispone de una fuente de tensión no regulada de 12 V y con un nivel de rizado de 0.5 Vrms. (Ver figura 3). Utilizar el regulador de tensión integrado LM317. Si se necesita utilizar una etapa de potencia, utilizar el transistor de potencia 2N2055. Simular su diseño y contrastar sus resultados con el diseño analítico.

Figura 3: Problema 1.3

Vin = 12+0.7= 12.7 Vout = 1.25(1+R1/R2) 7.5/1.25 = 1+R1/R2 5.8-1 = R1/R2 sabiendo que R2 =220ohms R1 = 1.1Kohm El transistor servirá para poder manejar mas corriente en la carga.

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1

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1.4. Diseñar un circuito de protección de sobre corriente para el regulador del problema anterior. Justifique su diseño. Simular un caso de sobre corriente y contrastar sus resultados con los de su diseño analítico.

Cuando la corriente en la carga exceda los 700 mA que es su máximo creara un voltaje de 0.7V, así esta superará el voltaje en la entrada no inversora y apagaría el transistor que lleva el voltaje al regulador

1.5. Implementar el diseño de la fuente del ejercicio 1.3 y presentar un video con las pruebas del funcionamiento del diseño. 1.5.1. Implementar el circuito de protección del problema 1.4 y presentar un video con las pruebas del funcionamiento del diseño. (OPCIONAL)

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2.

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TEMPORIZADORES 2.1. Desarrolle un tren de pulsos de 60 Hz utilizando una línea de energía de 100V y 60Hz con el sistema mostrado en la figura 4. La salida es un tren de pulsos con relación de actividad de 100%. Diseñe y seleccione todos los valores de los componentes necesarios (resistores, capacitores, etc.). Dibuje el diagrama del circuito para el diseño completo y haga una simulación (Proteus 7.8) para mostrar los resultados de su diseño.

Figura 4: Problema 2.1

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1

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2.2. Diseñe un generador para los pulsos de la figura 5 empleando un Timer 555.

2.3. Haga un análisis cuantitativo y cualitativo del circuito temporizador de la figura 5. Realice una simulación del circuito y contraste los resultados con los obtenidos de forma analítica. Observamos que se está usando el circuito 555 en configuración monoestable esto quiere decir que se generará un pulso de duración 1.1*R*C cuando la entrada en el pin 2 este en nivel bajo, esto activará la salida en la pata 3 a nivel alto, excitando al transistor y permitiendo que el relé conduzca, vemos una serie de resistencias en serie que mediante un selector va variando, es el mismo funcionamiento de un potenciómetro; a más resistencia mayor ancho de pulso.

Figura 5: Problema 2.3

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3.

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DISPOSITIVOS DE POTENCIA 3.1. El circuito siguiente (figura 5) es un cargador de baterías realizado mediante un SCR. E representa la batería y R la resistencia interna. Suponiendo que ambos parámetros permanecen constantes durante todo el proceso de carga, se pide: 3.1.1. Representar la forma de onda de la tensión de salida VO y de la corriente de carga IO con los pulsos de disparo indicados en la figura 3. Indicar los valores de interés VOmax e IOmax. Explicar la situación en cada momento y por qué el SCR está en conducción o está apagado. 𝑉𝑠 = 212 𝑉.

El SCR no conduce, cuando no tiene un

𝑉1 = 212/10 = 21.2 𝑉

pulso en la compuerta IG y cuando es

𝑉𝑂𝑚𝑎𝑥 = 21.2 𝑉. 𝐼𝑂𝑚𝑎𝑥 =

polarizador

inversamente.

21.2 − 12 = 9.2 𝐴. 1

3.1.2. ¿Qué sucede en 𝜔t = 23,58 °? Dibujar la tensión de salida cuando el ángulo de disparo es inferior a este valor (se supone un pulso de disparo de corta duración). No conduce, porque el SCR empieza a funcionar a los 70°. 3.1.3. Encontrar el valor medio de la tensión VO y el de la corriente IO para α = 70°. 𝑉𝑂 = 9.16 ∗ √2 = 12.96

180 →

12.2 √2

110 → 𝑋

Datos: Relación de transformación: n=10, VSef = 212V, f=50 Hz E = 12 V

𝑋 = 9.1

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3.2. Para el circuito de la figura 6, realice las consideraciones y los cálculos necesarios para dibujar las formas de onda cuantificadas de las tensiones de entrada, salida, en el SCR y en la compuerta del SCR. Analizar y explicar el porqué de los resultados. Realizar la simulación del circuito y comprobar sus resultados.

Figura 6  Problema 3.2 𝑽𝑮𝑻 = 𝟎. 𝟖 𝑽 𝑰 = 𝟏𝟎𝟎µ𝑨

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3.3. El circuito de la figura 7 se usa para generar una onda de salida tipo diente de sierra. Los parámetros del SCR son VGT= 0,8 V y IGT = 100 μA. Se pide: 3.3.1. ¿Cuánto vale la tensión pico de salida si el potenciómetro se fija en 500 Ω? 3.3.2. Suponiendo que el período de oscilación es aproximadamente igual al tiempo de carga, ¿cuánto vale la frecuencia de la señal de salida?

𝑉𝑜 = (3300 + 500) ∗ 100𝑢𝐴 + 0.8 𝑉𝑜 = 1.18 𝑉 𝑇 = 𝑅 ∗ 𝐶 = 6800Ω ∗ 4.7𝑢𝐹 = 0.03196 𝑠 𝑓 =1/0.03196 = 31.29 Hz

CONCLUSIONES, OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES: 

En la primera parte pudimos observar las ventajas del circuito integrado LM317 dada su facilidad al alimentar fuentes y así mismo se pueden ampliar sus características mediante un transistor lo cual hace una fuente bastante fiable de voltaje, ya que no presenta rizado en la salida.



A pesar de su antigüedad el CI 555 es muy útil ya que nos entrega una alta salida de corriente, y permite temporizar varias aplicaciones, tanto en su configuración astable como monoestable. Se puede usar en un convertidor de frecuencia de voltaje, etc



El uso de los SCR está directamente relacionado con la acción que tengamos en la compuerta de este dispositivo y podemos controlar la potencia de algunos dispositivos con un ángulo de fase entregado a la puerta, pero no es muy útil cuando lo utilizamos con corriente alterna, porque solo conduce en medio ciclo de esta corriente por lo que sería mejor utilizar un triac.

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