TEMA: TRABAJO 1 DEL SEGUNDO PARCIALFuentes Reguladas lineales DC bipolaresAlumno:Mario Fernando Hualpa VivancoNRC: 2871 FECHA: 17-10-2013AGOSTO 2013 DICIEMBRE 2013

ContenidoTEMA:3OBJETIVO: Consultar, disear y simular una fuente DC regulada variable bipolar 12 [V] / 0.5 A.3DESARROLLO:31.Conteste las siguientes preguntas:31.1.Enumere al menos 3 ventajas y 3 desventajas de las fuentes reguladas (AC/DC) frente a las bateras.31.2Enumerar al menos 3 diferencias funcionales entre una fuente NO REGULADA y una REGULADA41.3Dibujar el diagrama de bloques de una fuente DC NO REGULADA y el de una fuente DC REGULADA.41.4Enumerar al menos 3 ventajas y 3 desventajas de un REGULADOR DE VOLTAJE LINEAL EN CI, frente a un DIODO ZENER.51.5Explicar el significado y/o funcin de lo siguiente:61.5.1Rectificador puente de onda completa61.5.2Capacitor de filtrado81.5.3Voltaje sin carga, voltaje a plena carga, voltaje de rizo, porcentaje de regulacin82.Consultar, disear y simular una fuente DC NO REGULADA de 12[V]/0.5[A], con voltaje de rizo del 10%. Calcular:92.1.Transformador:92.2.Puente rectificador:102.3.Filtro:102.4.Para la simulacin, presentar:113.Dimensionar y disear y simular una fuente DC REGULADA VARIABLE de +12V/0.5 A, tomando como referencia lo calculado en el Pto 2. Indicar:153.1.Regulador de voltaje lineal que se debe emplear:153.2.Valores de Resistencias R1 y R2 que se deben conectar al CI:153.3.Capacitores de acoplamiento y reduccin de rizo que se deben conectar al CI:153.3.1.Regulador de voltaje lineal que se debe emplear:153.3.2.Valores de Resistencias R1 y R2 que se deben conectar al CI:153.3.3.Capacitores de acoplamiento y reduccin de rizo que se deben conectar al CI:163.4.Diodos de proteccin que deben ser utilizados173.5.Para la simulacin, presentar:173.5.1.Grfica de osciloscopio de Vo(a la salida del regulador) sin carga173.5.2.Grficas de osciloscopio de Vo con carga (Resistencia de carga: 100[Ohm], 10[Ohm]). ( 2 grficas)193.5.3.Medir valores de corriente de salida, para valores de resistencia de carga (RL): 100[Ohm], 10[Ohm]. (2 valores)203.5.4.Calcular % de regulacin (Rcarga = 10[Ohm] ) (1 valor)21Bibliografa:21Anexos22

TEMA: Fuentes Reguladas lineales DC bipolares

OBJETIVO: Consultar, disear y simular una fuente DC regulada variable bipolar 12 [V] / 0.5 A.

DESARROLLO:

1. Conteste las siguientes preguntas1.1. Enumere al menos 3 ventajas y 3 desventajas de las fuentes reguladas (AC/DC) frente a las bateras

Ventajas

1. La vida til resulta ser un tema importante al diferenciar una batera de una fuente regulada pues, las bateras al estar en un continuo ciclo de oxidacin y desoxidacin, se presenta el llamado efecto memoria, donde la batera con cada carga y descarga pierde sus propiedades de almacenamiento, a diferencia de las fuentes reguladas donde la energa es entregada a travs de un toma corriente.2. Las fuentes reguladas ofrecen una seal continua de mayor estabilidad, en comparacin de las bateras, ya que estas al presentar el fenmeno de descarga, la seal de voltaje de salida disminuir al transcurrir el tiempo de uso.3. Las fuentes reguladas pueden ser utilizadas de forma continua, siempre y cuando no se corte el suministro de energa, a diferencia de las bateras donde estas, tienen un tiempo determinado de trabajo, que al culminarlo ser necesario recargarlas.

Desventajas

1. Lgicamente las fuentes reguladas cuentan con dispositivos y materiales que las encarecen en comparacin de las bateras.2. El espacio que ocupa una fuente regulada depender del nivel de potencia que entrega; en general sern de mayor tamao que las bateras.3. Las fuentes reguladas dependen siempre de un continuo suministro energtico para poder ofrecer un determinado voltaje a su salida, lo cual implica que no son autosustentables (al menos por un intervalo de tiempo sin energa) a diferencia de las bateras que pueden ofrecer energa finita siempre y cuando se encuentren cargadas.

1.2 Enumerar al menos 3 diferencias funcionales entre una fuente NO REGULADA y una REGULADA

2. La diferencia funcional ms relevante es que las fuentes reguladas utilizan el principio de la realimentacin negativa para lograr la reduccin de las dispersiones en los valores de la tensin de salida sobre la carga, mientras que las no reguladas, presentan un voltaje fluctuante, es decir menos preciso debido a que la tensin de salida depende directamente de la tensin de entrada, por lo tanto si se presentan variaciones en la red de alimentacin tambin se reflejaran a la salida de la fuente no regulada.

3. Las Fuentes reguladas son de mayor valor en el Mercado que las Fuentes NO reguladas, debido a que estas ltimas no cuentan con los dispositivos necesarios para la regulacin.4. Al no presentarse una etapa de regulacin en las fuentes no reguladas, el rizado residual de la tensin de salida se sita en el orden de los voltios y se especifica como un porcentaje de la tensin de salida de corriente continua, a diferencia de las fuentes reguladas, donde la tensin de salida es mucho ms precisa y constante.1.3 Dibujar el diagrama de bloques de una fuente DC NO REGULADA y el de una fuente DC REGULADA.Diagrama de bloques en general de una Fuente de voltaje DC

Figura 1. Diagrama de bloques en general

Diagrama de bloques de una Fuente DC No Regulada

Figura 2. Diagrama de bloques de una Fuente DC No Regulada

Diagrama de bloques de una Fuente DC Regulada

Figura 3. Diagrama de bloques de una Fuente DC Regulada

1.4 Enumerar al menos 3 ventajas y 3 desventajas de un REGULADOR DE VOLTAJE LINEAL EN CI, frente a un DIODO ZENER

Ventajas

1. Un regulador de voltaje lineal en CI presenta una mayor precisin en la tensin de salida, en comparacin con el Diodo Zener.2. Al quedarse sin carga el diodo zener debe soportar toda la corriente que entrega la fuente, por lo tanto se debe evaluar el nivel de potencia que soportara en ese escenario, mientras que el regulador est diseado para para trabajar tanto con carga como sin carga.3. Con el diodo zener, no se produce ningn proceso de realimentacin que permita que la tensin de salida permanezca constante, a diferencia del regulador de voltaje en CI.

Desventajas

1. El costo de un Regulador en CI es mayor al de un Diodo Zener.2. A potencias muy altas los CI necesitan un disipador de calor, debido a que un regulador de voltaje soporta una corriente mxima de un amperio (por lo general), a diferencia de los zener donde la potencia de disipacin puede ser mayor, en otras palabras soportara mayores niveles de corriente.3. El regulador en CI tiene un mayor consumo energtico de operacin que el regulador zener.

1.5 Explicar el significado y/o funcin de lo siguiente1.5.1 Rectificador puente de onda completa

Rectificador puente de onda completaEste es un circuito empleado para convertir una seal de corriente alterna en corriente continua pulsante. En la figura podemos ver un rectificador de onda completa en puente:

Figura 4Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseo elimina la necesidad de la conexin intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexin es que la tensin en la carga rectificada es el doble que la que se obtendra con el rectificador de onda completa con 2 diodos.

Figura 5

Las grficas tienen esta forma:Figure 6

Durante el semiciclo positivo de la tensin de la red, los diodos D1y D3conducen, esto da lugar a un semiciclo positivo en la resistencia de carga.Los diodos D2y D4conducen durante el semiciclo negativo, lo que produce otro semiciclo positivo en la resistencia de carga.El resultado es una seal de onda completa en la resistencia de carga.Hemos obtenido la misma onda de salida VLque en el caso anterior.La diferencia ms importante es que la tensin inversa que tienen que soportar los diodos es la mitad de la que tienen que soportar los diodos en un rectificador de onda completa con 2 diodos, con lo que se reduce el coste del circuito.

1.5.2 Capacitor de filtrado

Un filtro de condensador es un circuito elctrico formado por la asociacin de diodo y condensador destinado a filtrar o aplanar el rizado, dando como resultado una seal elctrica de corriente continua cuya tensin no vara prcticamente en el tiempo. El circuito es el mismo que el empleado en la rectificacin aadiendo un condensador, por lo que al igual que existen rectificadores de media onda y de onda completa existen filtros de condensador de media y onda completa.As pues, la finalidad de un filtro no es otra que la de minimizar el efecto ondulante de esa seal; a esta ondulacin, en la prctica, se la denomina rizado y podemos determinar su valor por medio del factor de rizado; que no es ms que la relacin que existe entre el valor eficaz de la ondulacin y el valor medio de la misma.

.1.5.3 Voltaje sin carga, voltaje a plena carga, voltaje de rizo, porcentaje de regulacin

Voltaje sin carga:Voltaje medido en la prueba de circuito abierto, es decir la corriente de salida es cero.

Voltaje a plena carga:Es el resultado que se tiene cuando el equipo o dispositivo al cual este voltaje alimenta est al 100 % de capacidad. Es normal que ese voltaje baje debido a la regulacin, siendo este ms alto cuando el equipo est operando en vaco y ms bajo cuando el equipo opera al 10, 20, 30, 40 %, de carga, el voltaje va bajando ligeramente conforme vas agregando carga. Lo importante es que llegue a un lmite mnimo permisible de no ms del 10%. del voltaje nominal. Es Por ejemplo se inicia sin carga midiendo el voltaje y se tiene 125 volts, se va agregando carga hasta llegar al 100 % (plena carga) y se tendr 117 118 volts. Si el voltaje baja demasiado (falla de regulacin o cableado no adecuado a la carga), el dispositivo no operar adecuadamente o incluso lo dejara de hacer.

Voltaje de rizo:Es la variacin presentada en el voltaje de salida debido a la carga y descarga del condensador, mientras ms pequeo sea el voltaje de rizo, mejor ser la accin del filtro.El voltaje de rizo de una seal rectificada de onda completa.De acuerdo a la figura se tienen los siguientes parmetros: Vp : Voltaje pico de la onda (mximo) Tx : Momento en el que la cada exponencial cruza con la ascensin de la senoidal Vx : Nivel de voltaje correspondiente al punto de cruce Vr : Voltaje de Rizo definido como Vr = (Vp Vx)/Vp

Figure 7

Porcentaje de regulacin

Donde Vo es el voltaje de salida.La caracterstica ideal de una fuente de voltaje (fuente de alimentacin) es que mantenga la tensin de salida constante sin importar cuanta corriente est pidiendo la carga. Analizando la ecuacin anterior se puede concluir que esta caracterstica se da cuando el porcentaje de regulacin es cero ("0"). (Vo sin carga - Vo con carga = 0) Como las fuentes de voltaje son reales, no ideales, lo deseable es que este porcentaje de regulacin sea lo ms pequeo posible.2. Consultar, disear y simular una fuente DC NO REGULADA de 12[V]/0.5[A], con voltaje de rizo del 10%. Calcular2.1. TransformadorIndicar el transformador tipo comercial que se utilizaraVcd NL = 12 VIL FL = 0,5 AVr = 10 %Asumo Ro = 10 Vcd NL = Vcd FL + IL FL Ro = 12V + 0,5 A*10 Vcd NL = 17 V

Vcd sin carga = Em = 17 VErms = Em/ = 17 / Erms = 12,02 VPor lo tanto el trasformador tendr las siguientes caractersticas: Vin= 120/60Hz Vout [V] =12 V Iout [A] = 0,5 A2.2. Puente rectificadorIndicar el rectificador tipo comercial que se utilizara (cdigo del elemento ej: 1N4007)Isec rms = 1,8 * IL FL = 1,8 *0,5 A = 0,9 AVPI > 120% Vcd NL > 120% 17V > 20,4 V I [A] =1 A VPI [V] = >20.4 VDiodos rectificadores:OPCION 1: 1N5818OPCION 2: Sobre dimensionado 1N4001

Puentes rectificadores: OPCION 1: 1BQ40OPCION 2: Sobre dimensionado 3N246

2.3. Filtro Vrms = % de Rizo *Vcd FL /100Vrms = 10 * 12V / 100Vrms = 1,2 VVo = 3,5 * 1,2V = 4,2VC = (IL)/(200* Vo)C = 0,5 A / (200 * 4,2 V)C = 595 u FWVDC > 120% Vcd NL > 120% 17V > 20,4 V

Indicar el filtro tipo comercial que se utilizara. C [uF] =680 uF V[V] = 50 VCalculo del voltaje de salidaVp = = = 16,97 V este valor corresponde a la salida del transformadorVm = Vp 2*VDVD = 0,7 VVm = 16,97 2*0,7 = 15,57 VVm: es el voltaje de salida DC de la fuenteVp:salida del transformador

2.4. Para la simulacin, presentar

a) Grfica de osciloscopio de Vo (a la salida del capacitor de filtrado) sin carga. (1 grfica)

b) Grficas de osciloscopio de Vo con carga (Resistencia de carga: 100[Ohm], 10[Ohm]). ( 2 grficas)

Carga de 100

Carga de 10

c) Medir valores de corriente de salida, para valores de resistencia de carga (RL): 100[Ohm], 10[Ohm]. (2 valores)

Corriente en la carga 100

Corriente en la carga 10

d) Calcular % de regulacin (R carga = 10[Ohm] )

3. Dimensionar y disear y simular una fuente DC REGULADA VARIABLE de +12V/0.5 A, tomando como referencia lo calculado en el Pto 2. Indicar3.1. Regulador de voltaje lineal que se debe emplearSe utilizar un CI: LM317T debido a que es un regulador de voltaje positivo3.2. Valores de Resistencias R1 y R2 que se deben conectar al CIAsumo R1=220[Ohm], por lo tanto:

Por tanto la resistencia R1 deber ser de 220 [ohm], mientras que R2 deber ser un potencimetro de 2 [k-ohm]3.3. Capacitores de acoplamiento y reduccin de rizo que se deben conectar al CI3.3.1. Regulador de voltaje lineal que se debe emplear

Se necesitar un CI: LM317HV3.3.2. Valores de Resistencias R1 y R2 que se deben conectar al CI

Condicin de diseo

Para

Para

3.3.3. Capacitores de acoplamiento y reduccin de rizo que se deben conectar al CI

3.4. Diodos de proteccin que deben ser utilizados

Se requerir Dos diodos 1N4002, Ya que

3.5. Para la simulacin, presentar3.5.1. Grfica de osciloscopio de Vo(a la salida del regulador) sin carga

Circuito

Potencimetro al 100% del valor resistivo

Potencimetro al 0% de su valor resistivo

3.5.2. Grficas de osciloscopio de Vo con carga (Resistencia de carga 100[Ohm], 10[Ohm]). ( 2 grficas)

Carga de 100 [ohm]

Carga de 10 [ohm] de carga

3.5.3. Medir valores de corriente de salida, para valores de resistencia de carga (RL): 100[Ohm], 10[Ohm]. (2 valores)

Carga de 100 [ohm] de carga

Carga a 10 [ohm] de carga

3.5.4. Calcular % de regulacin (Rcarga = 10[Ohm] ) (1 valor)

%Regulacin=10,84%

Bibliografa:

Fuentes de alimentacin lineales y conmutadas. Recuperado el 15 de octubre del 2013 de, http://materias.fi.uba.ar/6610/Apuntes/Fuentes%20de%20alimentacion%20lineales%20y%20conmutadas.pdf (figura 1)

Blogspot.com. Recuperado el 15 de octubre del 2013 de, http://1.bp.blogspot.com/-4mm1gXZr79k/T7cVfMRkthI/AAAAAAAAAAM/WdEBQDwDMsA/s1600/fuente.PNG (figura 2)

Rectificadora de onda completa en puente. Recuperado el 15 de octubre del 2013 de, http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/Paginas/Pagina5.htm (figura 4 y 5) Electronica, elec_bsica. Recuperado el 15 de octubre del 2013 de, http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/ (figura 6) Datasheetcatalog. Recuperado el 15 de octubre del 2013 de, http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/nationalsemiconductor/DS009063.PDF Coughlin-Driscoll, Amplificadores Operacionales y Circuitos integrados lineales, Prentice Hall Hispanoamericana S.A., Mxico, 1993. (Captulo 15, Fuentes de Alimentacin, Pag 454-484).

Anexos

Datasheep LM317T