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UNIVERSIDAD
DEL VALLE
FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICA
CARRERA DE INGENIERÍA TELECOMUNICACIONES
PROYECTO
TALLER ELECTRONICO I
Fuente
de Voltaje
POSTULANTE: Vanessa Valeria Gutiérrez Donaire
Docente: Ing. José Núñez de
Arco
GESTION
1/2015
Agradecimiento
a mi madre Maribel Donaire Cano por su condicional apoyo y al
Ingeniero
José Núñez de Arco por su paciencia
1
Índice
1
GENERALIDADES.
1.1 INTRODUCCION.
La evolución de nuestra sociedad está ligada a
la de la Ingeniería. Constantemente convivimos, muchas veces sin ni si quiera
darnos cuenta, con todo tipo de elementos electrónicos. A diario, se utiliza un
coche, un teléfono o se ve la televisión sin saber que todo ello funciona
gracias a la Ingeniería Electrónica, Telecomunicaciones, Mecatrónica, etc. Hay
una interminable lista de cosas que hacen la vida mucho más fácil y en las que
la Ingeniería juega un papel crucial.
En general casi todos los circuitos sea de un
televisor, de un cargador de celular, una computadora, funcionan con
alimentación continua, sin embargo por su facilidad de generación, transporte,
transformación y uso, la electricidad de la que se dispone, con más facilidad,
es alterna, en sus diversas formas. Es decir, no siempre disponemos de una
fuente eléctrica continua, por lo que nos vemos obligados a convertir la
electricidad alterna en continua. En Bolivia disponemos de un voltaje alterno
de 200Vac-240Vac, que deben ser tratados para poder alimentar los circuitos
electrónicos que contienen los equipos de música, el aire acondicionado, un
ordenador, un microondas, etc. Este es el punto de partida de las fuentes de
alimentación y reguladores electrónicos, que son los encargados de adecuar los
valores de la red de distribución a los valores necesarios para que funcionen
adecuadamente.
1.2
ANTECEDENTES
1.2.1 ANTECEDENTES
INSTITUCIONALES.
En 1.994, se inauguraron las
SubSedes Académicas de Sucre y Trinidad, mientras que la Subsede Académica de
La Paz fue inaugurada en 1.996. En 1.998, se inauguró el Hospital
Universitario, que es la referencia académica de la Carrera de Medicina.
En julio de 2001, se ha
recibido por parte del Ministerio de Educación y Cultura y en cumplimiento del Reglamento
General de Universidades Privadas, la certificación de Universidad Plena.
La historia de la Universidad
del Valle refleja el hecho de "Somos la Respuesta Científica al
Futuro". Por eso, se ha construido el primero y más moderno Hospital
Universitario de Bolivia, Clínica Odontológica, Planta de alimentos, Canal de
Televisión y otras unidades estratégicas de negocios en Mecánica, Consultoría,
Farmacología y diversos servicios para la población.
1.2.2 ANTECEDENTES
TECNOLÓGICOS.
En el presente trabajo, la tecnología que se utilizará
es analógica porque todo el circuito eléctrico está formando de componentes
básicos como ser: resistencias, diodos, condensador, transistores, etc. Todos
estos componentes se encuentran en cualquier tipo de aparato electrónico (como
un ordenador, un DVD, MP3, etc.).
1.2.3 ANTECEDENTES
TÉCNICOS.
1.2.3.1
Proceso de transformación de la corriente eléctrica dentro de la fuente de alimentación
Figura 1‑1
1.2.3.1.1
Transformación.
Se
reduce la tensión de entrada a la fuente (220V o 115V) que son los que
corresponden a la red eléctrica domiciliaria. En esta parte del proceso de
la transformación, se realiza con un transformador. La tensión de la salida de
este proceso generará valores de
5 a 12 Volts.
1.2.3.1.2
Rectificación.
La
corriente de la red eléctrica domiciliaria es alterna, esto quiere decir, que
sufre variaciones en su línea de tiempo, con variaciones, nos
referimos a variaciones de tensiones, por tanto, su amplitud no siempre es la
misma. Las tensiones de alimentación son de nivel de continua, similar al de
las baterías o pilas. Se utiliza un
convertidor de alterna a continua, este dispositivo se llama rectificador.
1.2.3.1.3
Filtrado
La corriente continua obtenida por el proceso de rectificación
debe ser mejorada para lograr una continua libre de fluctuaciones
de amplitud.
1.2.3.1.4
Estabilización
La
tensión de la salida de la fuente puede cambiar, si se modifica la entrada. Si
baja la tensión de entrada, o sea por ejemplo de 220V descienda a 190V, las
salidas se mantengan dentro de los 5,3.3 ó 12VDC.
Las
tensiones de la fuente sirven para:
1.2.3.2 Fuente regulable de 0 a 30V
Figura 1‑2
Figura 1‑3
1.2.3.3 Fuente de alimentación
simétrica regulada y variable 0 a 30V 2A
Figura
1‑4
1.2.4 ANTECEDENTES
ACADEMICOS.
v
Universitario:
Ingeniería en Telecomunicaciones, Quinto Semestre, Universidad del Valle
Ø
Materias:
§
Componentes
Electrónicos,2012-Segundo Semestre
§
Circuitos
I, 2013- Tercer Semestre
§
Circuitos
II,2013-Cuarto Semestre
§
Electrónica
Básica I, 2013-Cuarto Semestre
§
Medidas
Electrónicas , 2013-Cuarto Semestre
v
Colegio:
San Bernardo de Tarija,2012
1.3
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Se necesita diseñar una fuente de alimentación
regulable para ser utilizada como una fuente de voltaje portátil para la
alimentación de circuitos electrónicos, la universidad no deja llevar fuentes
de voltaje a casa y estas son importantes para la implementación de circuitos
digitales y analógicos. Este el diseño de esta se basa en los conocimientos
anteriormente indicados en clases de Electrónica Básica I, Medidas
Electrónicas, etc. A partir de estos conocimientos de procederá al diseño e
implementación de esta fuente de voltaje.
1.4
OBJETIVOS
1.4.1 OBJETIVO
GENERAL.
Diseñar una fuente de voltaje regulable de 5V a 22V
de1 A para poder alimentar circuitos de electrónicos.
1.4.2 OBJETIVOS
ESPECIFICOS.
Seleccionar transformador de
entrada
Escoger
rectificador de diodos
Calcular filtro con condensador de
entrada
Diseñar Regulador de voltaje
1.5
JUSTIFICACION.
La fuente de voltaje se basa en conceptos de la
electrónica analógica, los cuales nos permiten poder diseñar circuitos básicos,
en base a esto se puede diseñar diferentes circuitos que consiguen ayudar al
proyecto. Este proyecto será utilizado como portátil para poder ser transportada
a cualquier lugar. En el laboratorio de la Universidad del valle es muy difícil
que una fuente de voltaje pueda ser llevada a casa, es por esto que es mejor
tener una fuente de voltaje propia. Los precios estándar de una fuente de
voltaje están redondeando a los 700 u 800Bs, si se implementa este proyecto
podremos reducir más del 50% del costo de una fuente de voltaje que se
encuentra en el mercado.
1.6
LIMITES Y ALCANCES.
1.1 LIMITES.
-
El
voltaje de entrada tendrá una toleración de 200v a 240 v.
-
Una frecuencia
de 50 Hz.
-
Se
implementara el rectificador con diodos.
-
Se
diseñará un regulador de voltaje en serie
1.2 ALCANCES.
-
El
voltaje de salida será de 5V-22V DC.
-
La
corriente de salida será de 1A.
-
El
filtro minimizara el rizado para que nos ayude a llegar a un voltaje DC.
2
MARCO TEORICO.
2.1 Transformador
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico
que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de
corriente alterna. Los transformadores reales presentan un pequeño porcentaje
de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.
El transformador es un dispositivo que convierte la
energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de
otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción
electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor,
devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético (Produce ordenamiento
magnético de todos los momentos
magnéticos de una muestra, en la
misma dirección y sentido.), pero
aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la
constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo,
generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero
eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o
devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o
salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen
transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario",
de menor tensión que el secundario. (wikipedia, 2015)
Figura 2‑1
2.2
Diodo
Es un componente electrónico que permite
el paso de la corriente en un solo sentido. La flecha de la representación
simbólica muestra la dirección en la que fluye la corriente.
Figura 2‑2
Es el dispositivo semiconductor más
sencillo y se puede encontrar prácticamente en cualquier circuito electrónico.
Constan de la unión de dos tipos de
material semiconductor, uno tipo N y otro tipo P, separados por una juntura
llamada barrera o unión.
Los diodos se fabrican en versiones de
silicio (la más utilizada) y de germanio. Esta barrera o unión es de
0.3 voltios en el germanio y de 0.7 voltios aproximadamente en el diodo de
silicio. (uvigo)
2.3 Rectificador de onda completa
El rectificador de onda
completa utiliza ambas mitades de la señal senoidal de entrada, para obtener
una salida unipolar, invierte los semiciclos negativos de la onda senoidal. Trata de un montaje con cuatro diodos, en el
semiciclo positivo los diodos D1 y D3 permiten el paso de
la corriente hasta la carga, con la polaridad indicada. En el semiciclo
negativo son D2 y D4 los que permiten el paso de la
corriente y la entregan a la carga con la misma polaridad que en el caso
anterior.
De: Antonio Bueno
Figura 2‑3
2.4
Capacitor
Un capacitor o condensador eléctrico, es un dispositivo que se utiliza
para almacenar energía y liberarla rápidamente. Funciona con un campo
eléctrico, que almacena energía lentamente en sus placas, alimentado por su
batería durante algunos segundos, para descargarlo rápidamente, en solo algunos
milisegundos, como un golpe de látigo (impulso eléctrico). Los capacitores o condensador de
energía eléctrica, se emplean para proveer proveer intensas pulsaciones
eléctricas, de láser, como también para producir campos eléctricos como es el
caso del dispositivo de placas paralelas que desvía los haces de partículas
cargadas.
En los circuitos electrónicos, los capacitores se usan para manipular voltajes
y corrientes variables con el tiempo. Un capacitor está cargado, cuando existe
una carga eléctrica en sus placas o cuando existe una diferencia de potencial
entre ellas.
Se cargan mediante una fuente de fuerza electromotriz. Después de un tiempo
relativamente corto de carga, el capacitor adquiere una carga eléctrica y por
lo mismo tendrá una diferencia de potencial entre sus placas. (Ojeda)
2.5 Filtro
Se encarga de hacer que
la corriente, se mantenga en un nivel de continua lo más alto posible.
Cuando el valor
instantáneo de la tensión es superior a la que tiene el condensador, es esta,
la que se entrega a la carga, mientras que cuando la tensión es inferior a la
del condensador, es el condensador quien se la suministra a la carga
manteniendo la tensión con niveles elevados de corriente continua.
Aun así existen unas
pequeñas variaciones en la tensión que se obtiene llamadas tensión de rizado.
Figura 2‑4
De: Antonio Bueno 1
2.6 Resistencia
Las resistencias están
diseñadas para causar una caída de tensión mediante la resistencia al flujo de
electricidad en un punto dado. Las resistencias se encuentran comúnmente en
diversos circuitos eléctricos o como componentes dentro de las redes
eléctricas. Una resistencia puede ser caracterizada por tres parámetros: la
resistencia (medida en ohmios), la disipación de calor (medida en vatios) y su
tolerancia de fabricación.
Las resistencias vienen
en una gran variedad de tipos para una variedad de usos. Algunas de las
variaciones más comunes de las resistencias son: Película de carbono: en las
resistencias de película de carbono, la película de carbono se coloca sobre un
sustrato aislante. La resistencia es creada por un corte espiral estrecho,
dentro de la película. Composición de carbono: este tipo de resistencia
presenta un elemento sólido hecho de carbono del suelo y de cerámica. Un
alambre corre a través del elemento y sale de cada extremo. El nivel de
resistencia de este tipo de resistencia se ve afectado por la cantidad de
carbono utilizado en el cuerpo del elemento. Película metálica: Las
resistencias de película metálica o resistencias MELF (Metal Electrode Leadless
Face) están recubiertas con cromo níquel y son utilizadas principalmente en
aplicaciones de superficies montadas. De hilo bobinado: este tipo de
resistencia se hace al envolver alambre alrededor de un núcleo de cerámica. El
núcleo también puede estar compuesto de plástico o fibra de vidrio. En los
extremos de la resistencia hay tapas que se sueldan con el alambre y el
componente entero está protegido por una capa de recubrimiento de esmalte,
plástico o pintura. Otras resistencias de interés, pero que no son tan comunes,
incluyen resistencias de lámina, resistencias de rejilla, resistencias de
detección de corriente, resistencias de óxido metálico, resistencias negativas
y resistencias de agua.
2.7 Transistor
Un transistor es un
componente que funciona a base de un semiconductor que cuenta con tres
terminales, el que es utilizado como amplificador o interruptor. Una pequeña
corriente eléctrica, que es aplicada a uno de los terminales, logra controlar
la corriente entre los dos terminales.
Los transistores se
comportan como parte fundamental de los aparatos electrónicos, análogos y
digitales. Específicamente, en los aparatos electrónicos digitales, un
transistor se utiliza como interruptor. Por otra parte, en cuanto a los
aparatos análogos, se utilizan, por lo general, como amplificadores.
El transistor debe su
nombre a su capacidad de transformar la resistencia de la corriente eléctrica
que pasa entre el receptor y el emisor, y fue inventado por Jahn Bardeen,
William Shockley y Walter Brattain.
Un transistor está
conformado por tres partes. Una de ellas es la que se encarga de emitir
electrones, por lo tanto, es el emisor. Una segunda parte es la que los recibe,
el denominado colector, y por último, una tercera parte que opera como un
modulador del paso de los electrones.
Existen varios tipos de
transistores, entre los que encontramos los transistores bipolares y los
transistores de efecto de campo. Los primeros, los bipolares, surgen a partir
de la unión de tres cristales de material semiconductor. Este tipo de
transistores son generalmente utilizados en aparatos electrónicos analógicos y
en ciertos aparatos digitales. (misrespuestas, 2005)
2.8
Potenciómetro
Un potenciómetro es una
Resistencia Variable. Los potenciómetros limitan el paso de la corriente
eléctrica (Intensidad) provocando una caída de tensión en ellos al igual que en
una resistencia, pero en este caso el
valor de la corriente y la tensión en el
potenciómetro las podemos variar solo con cambiar el valor de su resistencia.).
El valor de un
potenciómetro viene expresado en ohmios (símbolo Ω) como las resistencias, y el
valor del potenciómetro siempre es la resistencia máxima que puede llegar a tener.
El potenciómetro más sencillo es una resistencia variable mecánicamente. Los
potenciómetros de potencia son los reóstatos.
2.9 Regulador de Voltaje
Los reguladores de
voltaje son circuitos de control que gestionan las variaciones de los niveles
de voltaje de entrada de los dispositivos electrónicos. Estos también son
conocidos como reguladores lineales. Igualmente llevan a cabo sus operaciones
con la ayuda de componentes electrónicos activos y pasivos. Los componentes
electrónicos activos son unidades que consumen y generan energía durante las
operaciones, mientras que los componentes pasivos consumen pero no producen
energía de cualquier forma. Los reguladores de la serie de voltaje tienen una
posición distinta entre los diferentes tipos de reguladores. Esta distinción se
basa en sus singulares estructuras así como en sus operaciones, funciones y
aplicaciones. (Abdullah)
3
MARCO PRÁCTICO.
3.1
DISEÑO METODOLÓGICO
3.1.1 Transformador
Se
eligió un trasformador de 220Vac a 12Vac+12Vac
Figura 3‑1
Este fue elegido a
través de esta hoja de datos.
Figura
3‑2
Figura
3‑3
3.1.2 Rectificador
Se
usó el rectificador de onda completa con una entrada de 24V AC
Para
hallar el Voltaje en corriente directa
Figura 3‑4
Figura
3‑5
Figura
3‑6
Para elegir el anterior diodo se tomó en
cuenta la siguiente hoja de datos
Se
utilizó 4 diodos 1N5608 por su resistencia en corriente.
Figura
3‑7
3.1.3 Filtro
Figura 3‑8
Figura 3‑9
El
filtro que se utilizo fue un capacitor de 10000µF:
Figura
3‑10
3.1.4 Regulador de Voltaje
Figura
3‑11
3.1.4.1
Primera
parte
Figura
3‑12
Figura 3‑13
Se
colocó un diodo zener D1 es de 9.1v y R2 con una
resistencia de 510, en el diodo circula una corriente de aproximadamente 35mA.
1.2.1.1
Segunda
parte
Figura 3‑14 Figura 3‑15
Se optó por el
Transistor 2n3055 (Q2) por la corriente
que puede resistir este.
Figura
3‑16
Para Q2 (transistor 2n3055) se toma en
cuenta el hfe que es 45, con una corriente de base de 22.2mA.
Para Q3 (transistor 2n2222A) se toma en
cuenta el hfe que es 200, con una corriente de colector de 24mA, y una
corriente de base de 120uA
Se escogió Transistor
2n2222A (Q3) porque por su colector no pasa más de 50mA
Figura
3‑17
Figura
3‑18
Diodos 1n4004 (D2, D3)
fueron elegidos por su voltaje
3.1.4.2 Tercera parte
Figura 3‑19 Figura 3‑20
Se eligió un transistor
pnp 2n559 por las siguientes características.
Figura
3‑21
3.1.4.3
Cuarta parte
La corriente que pasa sobre el
potenciómetro tiene que ser mucho mayor a la corriente de base de Q3.
3.1.5
Circuito diseñado
3.2 Listado de componentes
Tabla 1
4
EVALUACIÓN
4.1 Implementado
Figura
4‑1
La corriente de salida no logro su objetivo
por razones de diseño.
4.2 Mediciones
4.2.1
Transformador
Figura
4‑2
4.2.2
Rectificador
Figura
4‑3
4.2.3
Filtro
Figura
4‑4
4.2.4
Regulador
de Voltaje
Figura
4‑5
4.2.4.1
Segunda parte
|
|
Figura
4‑6
1.2.1.2
Tercera
parte
Figura
4‑7
4.3 Costos de componentes
Figura
4‑8
4.4 Cotización de Fuentes de Voltaje
Tabla 2
|
Fuente
|
Precio
|
Características
|
|
Figura 4‑9
|
556Bs
|
Potencia de salida: 1 -
50W
Nombre de la marca: QJE
Voltaje de entrada: 220V
Corriente de salida: 30A
Voltaje de salida: 13.8
Volts
Número de modelo: PS-30SW
I
Peso : 1.5kg
Volumen: 155mm * 70mm *
205mm
Voltaje de salida: 13.8V
DC (9-15V ajustable)
Corriente: 20 A
Color: Negro
|
|
Figura 4‑10
|
740Bs
|
Nombre de la marca: KORAD
Voltaje de entrada: 220V
Corriente de salida: 5A
Voltaje de salida: 30V
Número de modelo: KA3005D
|
|
Figura 4‑11
|
830 Bs
|
Nombre de la marca:
HONGSHEN
Voltaje de entrada: 110V
or 220V
Corriente de salida: 0-5A
Voltaje de salida: 0-30V
Número de modelo: 305BF
|
|
|
||
5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
5.1
CONCLUSIONES
·
Esto
proyecto es de gran importancia pues para todo circuito es imprescindible una
fuente de alimentación.
·
La
fuente realizada además de ser útil tuvo un costo económico razonable.
·
Se
eligió un trasformador de 220Vac a 24Vac a causa de que en el presente proyecto
se requiere un voltaje de 22Vdc.
·
Se
eligió un rectificador de onda completa y esta cuenta con diodos que resisten
una corriente de 3A pues el trasformador tiene una corriente de 2A y se
necesita unos diodos capaces de soportar esa cantidad de corriente.
·
El
filtro utilizado tiene que tener una tolerancia de más de 24V.
·
Los
diodos zener tuvieron que ser probados previamente puesto que estos se
diferencian de los reales e ideales.
·
El
rectificador fue diseñado dependiendo el voltaje y la corriente. La corriente
planteada en el objetivo no se pudo obtener por el regulador de voltaje que es
sencillo.
·
El
circuito armado es el esquema base para cualquier tipo de fuente de voltaje.
5.2
RECOMENDACIONES
·
Realizar primero la simulación y luego implementar el
circuito.
·
Medir el circuito parte por parte.
·
Tener cuidado y conocimientos del uso del osciloscopio.
·
Colocar cables gruesos o enchufe a la entrada del
trasformador por que este tiene un Voltaje alto AC.
6
Bibliografía
Abdullah, S. (s.f.). Obtenido
de
http://www.ehowenespanol.com/definicion-reguladores-voltaje-tipo-serie-info_228574/
AliExpress. (2010). AliExpress.com.
Obtenido de http://es.aliexpress.com/
Bueno, A. (2009). Obtenido de
http://www.portaleso.com/usuarios/Toni/web_electronica_3/electronica_indice.html
Conde, A. (2010). comunidadelectronicos.
Obtenido de http://www.comunidadelectronicos.com/proyectos/fuente4.htm
Faletti, P. E. (2011). monografias.com.
Obtenido de
http://www.monografias.com/trabajos88/fuentes-pcs/fuentes-pcs.shtml
Juan, C. Q. (2011). Obtenido de
http://juancondori-etn.blogspot.com/p/fuente-regulable-de-0-30-v.html
misrespuestas. (2005). Obtenido
de http://www.misrespuestas.com/que-es-un-transistor.html
Ojeda, J. G. (s.f.).
uvigo. (s.f.). dte.uvigo.
Obtenido de http://www.dte.uvigo.es/
wikipedia. (11 de mar de 2015).
wikipedia. Obtenido de http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador
ANEXOS
Figura
0‑1
Figura
0‑2
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