APUNTES DE LABORATORIOS DE ELECTRONICA

PROYECTO : FUENTE DE ALIMENTACION

 

I.- FUNDAMENTO TEORICO

FUENTE DE ALIMENTACION

Una fuente de alimentación o de poder, convierte la corriente alterna (220 VAC) de la línea en corriente continua (CC o DC) para alimentar los diferentes equipos electrónicos.

DIAGRAMA EN BLOQUES DE UNA FUENTE DE ALIMENTACION

La fuente de alimentación consta de las siguiente partes:

 

 

a.- TRANSFORMADOR DE ENTRADA

Reduce el voltaje de la línea o red al voltaje de AC necesario para lograr un voltaje de salida DC adecuado.

 

b.- CIRCUITO RECTIFICADOR

Esta conformado por dos o mas diodos de silicio. Estos se encargan de dejar pasar los semiciclos positivos o negativos de la tensión AC entregados por el transformador de entrada. A este proceso de dejar pasar los semiciclos positivos o negativos de la AC se conoce como rectificación positiva o negativa respectivamente.

 

c.- FILTRAJE

Constituido generalmente por condensadores mayores de 100 uF con o sin bobinas de choque, los cuales se encargan de eliminar el rizado en la salida.

 

d.- ESTABILIZADOR DE VOLTAJE

Mantiene constante el voltaje de salida de la fuente contra variaciones de consumo de corriente del equipo o carga conectada en los terminales de salida de la fuente.

 

e.- REGULADOR DE VOLTAJE VARIABLE

Básicamente compuesto por una resistencia variable de tipo lineal y semiconductores asociados. Su propósito es ajustar el voltaje de salida DC de la fuente al voltaje de carga o equipo conectado en los bornes de salida de la fuente.

 

f.- CIRCUITO DE PROTECCION

Evita que los dispositivos y componentes electrónicos se deterioren por efecto de cortocircuito o excesivo consumo de corriente en los bornes de salida de la fuente.

 

EL DIODO ZENER

Los diodo rectificadores y los diodos para señales pequeñas nunca se emplean intencionalmente en la región de rompimiento, ya que esto podría dañarlos. Un diodo Zener es diferente, se trata de un diodo de silicio que se ha diseñado para operar en la región de rompimiento. En otras palabras, a diferencia de los diodos ordinarios que nunca trabajan en la región de rompimiento, los diodos Zener funcionan mejor en la región de rompimiento. Llamado a veces diodo de rompimiento, el diodo Zener es la esencia de los reguladores de voltaje, los cuales son circuitos que mantienen el voltaje casi constante sin importar que se presenten grandes variaciones en el voltaje de línea y la resistencia de carga.

La Fig. A muestra el símbolo de un diodo Zener. Variando el nivel de impurificación de los diodos de silicio, el fabricante puede producir diodos Zener con voltaje de rompimiento que van desde 2 hasta 200 V. Estos diodos pueden operar en cualquiera de las tres regiones: directa, de fuga y rompimiento.

La Fig. B muestra la gráfica I-V de un diodo Zener. En la región directa, comienza a conducir aproximadamente a los 0.7 V igual que un diodo ordinario de silicio. En la región de fuga (entre cero y el rompimiento) exhibe solamente una pequeña corriente inversa. En un diodo Zener el rompimiento tiene una rodilla muy pronunciada, seguida de un aumento casi vertical de la corriente. Nótese bien que el voltaje es casi constante, aproximadamente igual a VZ para un valor particular de la corriente de prueba IZT.

 

II.- CIRCUITOS A UTILIZAR

 

III.- ANALISIS DE CORRIENTES Y ELECCION DE COMPONENTES

 

a.- TRANSFORMADOR DE ENTRADA

El transformador debe de ser de 220V en la entrada y 12V-0-12V en la salida. Además debe soportar una corriente máxima de 1 Amperios.

b.- CIRCUITO RECTIFICADOR

Los diodos rectificadores deben de soportar como máximo una corriente de 1 amperio por lo que se puede elegir el 1N4001.

c.- FILTRAJE

Elegimos la capacidad de los condensador electrolítico de 1000 μF, por lo necesitamos encontrar el voltaje de rizo..

El voltaje de pico en el secundario es: VP = 24V/0.707 = 33.95 V

El voltaje a través de la carga es: VCD = 33.95V – (0.7V)(2) = 32.55 V

El voltaje de rizo a través de C1 es:

Vr = I/fC = (0.4 A)/(120)(1000x10-6)

Vr = 3.33 V

Calculo de voltaje de CD

La impedancia capacitivo de la sección Rc es:

La componente CA del voltaje de salida es:

V’r = (XC / R)Vr = (1.3/2.2)(3.33)

V’r = 1.96 V

De donde : VCD(con rizo) = 31.18V – (1.96V)/2 = 30.2 V

El diodo LED indicador de funcionamiento de la fuente (POWER) trabaja con un voltaje de 2 V y una corriente de trabajo de 20 mA. Por lo que la resistencia debe ser de:

Reemplazando:

R = (30V-2V) / 20 mA

R = 900 W

Un valor comercial puede ser el de 1KW

d.- ESTABILIZADOR DE VOLTAJE

Para una carga de 0.4 A y utilizando el transistor Q1 con un B = 50 se obtiene una corriente de Base de:

IB1 = 0.4/50 = 8 mA

El diodo Zener tiene que elegirse con una corriente de 2 mA y un voltaje de:

Vz = 25V

Por lo tanto la resistencia en serie debe ser de:

R2 = (30-25)/(0.008+0.002)

R2 = 500 W

e.- REGULADOR DE VOLTAJE VARIABLE

Los transistores deben de ser de silicio y además:

Q2 : β = 30

Q3 : β = 50

Ib3 = I0 / (β1xβ2) =0.4 / (30x50) = 0.000266 A

Seleccionamos un potenciómetro lineal de 5K, tenemos:

Ipot = VZ / pot = 23V / 5K = 0.0046 A

Por lo tanto la corriente en el potenciómetro es mucho mayor que la Ib3

IC2 = Ib1 = IO / 30 = 0.4 / 30 = 0.013 A

PQ2 = (30V – 1)(0.4) = 11.6 W

PQ3 = (30V – 1 - 0.7V )(0.013A) = 0.36 W

 

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