Fuente estabilizada regulable de 1.2 a 25V / 4A
LABORATORIO DE ELECTRÓNICA
PRACTICA 7
INTRODUCCIÓN En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.). Clasificación Las fuentes de alimentación, para dispositivos electrónicos, pueden clasificarse básicamente como fuentes de alimentación lineal y conmutada. Las lineales tienen un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser más complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin embargo su regulación de tensión es poco eficiente. Una fuente conmutada, de la misma potencia que una lineal, será más pequeña y normalmente más eficiente pero será más compleja y por tanto más susceptible a averías. Fuentes de alimentación lineales Las fuentes lineales siguen el esquema: transformador, rectificador, filtro, regulación y salida. En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico. El circuito que convierte la corriente alterna en continua se llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador. La regulación, o estabilización de la tensión a un valor establecido, se consigue con un componente denominado regulador de tensión. La salida puede ser simplemente un condensador. Esta corriente abarca toda la energía del circuito, esta fuente de alimentación deben tenerse en cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir las características del transformador. Fuentes de alimentación conmutadas Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kHz típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados). La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con núcleo de ferrita (Los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (Con diodos rápidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia y
por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes. Las fuentes conmutadas tienen por esquema: rectificador, conmutador, transformador, otro rectificador y salida. La regulación se obtiene con el conmutador, normalmente un circuito PWM (Pulse Width Modulation) que cambia el ciclo de trabajo. Aquí las funciones del transformador son las mismas que para fuentes lineales pero su posición es diferente. El segundo rectificador convierte la señal alterna pulsante que llega del transformador en un valor continuo. La salida puede ser también un filtro de condensador o uno del tipo LC. Las ventajas de las fuentes lineales son una mejor regulación, velocidad y mejores características EMC. Por otra parte las conmutadas obtienen un mejor rendimiento, menor costo y tamaño. Recordar que un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O., op-amp u OPAM), es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia): ( ) el mas conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741. Además un transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor (resistencia de transferencia). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, etc Objetivos de aprendizaje. El alumno comprenda el funcionamiento del amplificador operacional Aprenda a construir una fuente de poder regulada, multipropósito. Materiales provistos por el laboratorio
INVESTIGACIÓN PREVIA
Que es un amplificador operacional
Como funciona un amplificador
Interpretar las hojas de especificaciones o Datasheet de un amplificador operacional
EQUIPO: ALUM NO:
UNIVERSIDAD: Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán, Caimán – Banana, Banana - Banana) 1 Computadora con Multisim 1 Multímetro Digital
MATERIALES: UNIVERSIDAD:
ALUMNO: 1 Transformador de 25V-6A 1 Puente rectificador MDA2500 (35 Amperes) 1 Transistor 2N3055 o equivalente 1 Transistor BD137 o equivalente 1 Transistor BC327 o equivalente 1 Protoboard 1 Capacitor electrolítico de 10000 F 1 Diodo Zener de 12V a 1W o equivalente 1 Resistencia de 1.2k ,1/ 2W 1 Resistencia de 1k ,1/ 2W 2 Diodos 1N4148 o equivalentes 1 Amplificador Operacional UA741 1 Capacitor Cerámico de 100nF 1 Capacitor Electrolítico de 10uF / 63V 1 Resistencia de 33,1W 1 Resistencia de 100,1/ 2W 1 Potenciómetro de 4.7k 1 Resistencia de 270,1/ 2W Alambre telefónico #24AWG para conexiones
PROCEDIMIENTO Como se observa en el circuito se puede decir que consta de tres etapas. La primera (formada por el transformador, el puente rectificador y el capacitor electrolítico de 10000µF), el cual se encarga de aislar y reducir la tensión de red, rectificar y filtrar. La segunda etapa (formada por el transistor de BC327, el circuito integrado y los componentes anexos) se encarga de proporcionar una tensión de referencia la cual será empleada para determinar, junto con el potenciómetro y sus resistencias de tope, la tensión a aplicar sobre el transistor driver y éste sobre el de potencia. La tercera etapa (formada por los transistores BD137 y 2N3055) se encargan de dejar pasar la corriente en forma controlada, por así decirlo, haciendo las veces de reguladores serie. Cabe aclarar que éstos efectúan una regulación resistiva y no conmutada (switching) por lo que la tensión en el emisor no es pulsante. Luego tenemos un pequeño filtro de salida formado por el capacitor electrolítico y los bornes. El transformador debe proporcionar una tensión de 25V con una capacidad de corriente de 6A y la tensión de su primario deberá ser escogida de acuerdo a la red eléctrica de tu zona, en nuestro caso
la red eléctrica de nuestra zona es de 127 V/ 60Hz. El transistor 2N3055 deberá estar montado sobre un buen disipador de calor, mientras que para el BD137 bastará con un disipador del tipo clip. El capacitor de 100nF, conectado en paralelo con la alimentación del µA741 deberá estar lo mas próximo posible a éste para optimizar el filtrado de la fuente. De manera opcional se puede colocar un LED con una resistencia de 2.2Kilos en serie, tomado desde la salida del puente rectificador para indicar su funcionamiento. El color de la lámpara queda a nuestro antojo. Pero no le pongas de las parpadeantes porque producen ruido e interferencia, además de ser molesto este tipo de luces. Si desea conectar un voltímetro para tener medición permanente de la tensión deberá colocarlo en paralelo con los bornes, siempre verificando la correcta polaridad de dicho instrumento. Si quiere conocer la corriente que circula por el circuito alimentado deberá colocar un amperímetro en serie con la vía positiva de la salida de esta fuente. Recuerde que la actual salida ingresa al terminal negativo del instrumento y el termina positivo del instrumento representa la nueva salida. Si en alguno de los medidores (o en ambos) optase por colocar instrumental electrónico (que requiera alimentación) ésta deberá ser tomada siguiendo el siguiente esquema teórico: A la salida del transformador colocar un pequeño puente de diodos con capacidad para 1A. Filtrar la continua resultante con un electrolítico de 4700µF y con un cerámico de 100nF. Colocar un regulador de tensión en serie de la línea 78xx de acuerdo a la tensión requerida por el o los instrumentos. Es aconsejable, a la salida del regulador de tensión, colocar otro capacitor cerámico de 100nF en paralelo para filtrar el posible rizado que genere el circuito regulador. Si bien era más fácil colocar un regulador a la salida del puente rectificador de potencia; si la fuente fuese cargada al límite de su capacidad el puente entraría en calor, haciendo caer ligeramente la tensión continua y esto puede afectar la operación de los instrumentos. Recordar que la mayoría de estos instrumentos utilizan tensiones de referencia que toman desde la línea de alimentación y no desde la vía a medir. 1. Arme el circuito en Multisim y obtenga sus conclusiones
NOTAS PARA LOS ALUMNOS: (OPTATIVO) El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina o en procesador de textos (PC) sin excepción. Las prácticas impresas solo sirven de guía y referencia. No se aceptan copias fotostáticas del reporte final. La entrega del reporte final de la práctica es por alumno.
CONCLUSIONES DE APRENDIZAJE:
RECURSOS BIBLIOGRAFICOS:
Fascinating I.C Projects, P.K. Aggarwal, Editorial BPB, 1990. Power Supplies for All Occasions, M.C. Sharma, Editorial BPB, 1990. Fundamentos de microelectrónica, nanoelectrónica y fotónica Albella Martín, José María Pearson 2005 Electrónica: teoría de circuitos Boylestad, Robert L. Pearson 1997 Fundamentals of semiconductor devices Anderson, Betty Lise McGraw Hill 2005