ACT 11: EVALUACIÓN FINALDaniel carbonoAporte individual

FASE 1 RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA TIPO PUENTE

Conociendo que el voltaje del devanado secundario es de 20VAC Pico se inicia el diseño del circuito rectificador de onda completa tipo puente. Dada las Formulas Relacionadas al Rectificador de Onda Completa tipo puente:

Vrms = VP / √2 PIV = VP(Sal) + 0.7V Vrms = VP x 0.707 VProm = 2VP / πVP (Sec) = VP (Sal) + 1.4V

Definiciones:

Vrms (sec): Valor eficaz del voltaje del secundario. VProm (sec): Valor promedio del voltaje del secundario. VP (Sal): Valor pico de salida. PIV: Voltaje de Pico Inverso.

1.1 Complete luego de los cálculos la siguiente tabla:

Vrms (sec) VProm (sec) VP (Sal) PIV14.14V 12.7324V 18.6V 19.3V

Sol.

Vrms = VP x 0.707

Vrms = 20 x 0.707

Vrms = 14.14V

VProm = 2VP / π

VProm= 2(20) / π

VProm= 12.7324V

VP (Sec) = VP (Sal) + 1.4V

Despejamos VP (Sal) así:

VP (Sal)= VP (Sec)-1.4V

VP (Sal) = 20V-1.4V

VP (Sal)=18.6V

PIV = VP(Sal) + 0.7V

PIV = 18.6V+ 0.7V

PIV = 19.3V

1.2 ¿Cuál de los valores anteriormente calculado es que mostraría un voltímetro digital común?

Sol.

El valor de los anteriormente calculados que mostraría seria el del voltaje pico inverso ya que es voltaje que el voltímetro viene diseñado para medir corriente alterna.

1.3 ¿Qué ventaja tiene el usar un rectificador de onda completa tipo puente frente a uno de onda completa con derivación central?

Sol.

Su diseño y ensamble es bastante sencillo en comparación con el rectificador de onda completa, este no necesita un transformador consecundario dividido (derivación central).Entrega el doble de voltaje que el de onda completa con derivación central en el mismo transformador y el valor del voltaje inverso es la mitad del de rectificador de onda completa.

1.4 ¿Es la siguiente afirmación falsa o verdadera?

“La frecuencia de la onda de salida en un rectificador de onda completa tipo puente es la mitad del valor de la entrada”

Sol.

Verdadero. Ya que no permite utilizar toda la energía disponible, de manera que los semiciclos negativos sondesaprovechados.

FASE 2 FILTRADO CON CAPACITOR

En esta etapa del diseño se debe encontrar el mínimo valor del condensador que se debe colocar en paralelo con la salida del circuito rectificador para lograr el filtrado de la corriente pulsante y también lograr un mínimo rizado.

Esta variación se denomina rizado (ripple) y tiene la misma frecuencia del voltaje rectificado. Su amplitud pico a pico (Vrpp) está dada, en forma aproximada, por la siguiente fórmula:

Vrpp = IL / f C

En práctica, debe buscarse que la amplitud del rizado Vrpp sea lo más pequeña posible ya que este voltaje alterno puede manifestarse como un ruido por ejemplo en los amplificadores de audio.

Para ello, el valor del condensador de filtro (C) debe ser escogido de tal modo que el producto Rc∙ C, llamado la constante de tiempo del circuito TC, sea mucho mayor que el período de la señal de entrada ( T=1/f ), por lo menos diez veces.

2.1 Teniendo en cuenta la información anterior y recordando que la máxima corriente que debe manejar nuestra fuente es 50mA. Encuentre el valor del condensador para lograr una tensión de rizado de 0.3 VPP.

C

930μF

Sol.

Vrpp = IL / f C

Vrpp =0.3VPP

Vrpp =0.3*18.6

Vrpp =5.58

Para calcular la frecuencia de rizado debemos tener en cuenta que:

La frecuencia de la corriente que llega a nuestras casas es de 50 Hz. Por lo tanto:

Por tratarse de un rectificador trifásico de onda completa, en un ciclo se producirán 6 ondulaciones entonces:

Friz=6*f

Friz=6*50=300Hz

Luego se calcula la capacidad del condensador:

Vrpp = IL / f Cse despeja C así:

C= IL / fVrpp

C=50*10-3/300*5.58

C=9.3*10-4F=930μF

2.2 El condensador se carga aproximadamente al valor pico de la salida del rectificador tipo puente VP (Sal) teniendo el valor de la corriente 50mA por ley de Ohm se conoce valor de RC y de este modo se logra calcular un valor aproximado de la constante de tiempo RC∙ C complete la siguiente tabla:

T TC

0.033 3.33

Sol.

Por la ley de ohm se conoce el valor aproximado de Rc de esta manera:

Rc=18.6/50*10-3

Rc=372

T = 1 / f = 1 / 300 =0.0333

Ahora TC=RC∙ C=10T entonces:

Tc = Rc x C = 10 x 0.0333 = 3.33 con esto tenemos que C = 3.33 / 372 = 8.952μF

2.3 ¿Se cumple la condición de que TC debe ser al menos 10 veces mayor a T?

SI NO

xxxxx

Sol.

Ya que se está cumpliendo con la condición anteriormente planteada y demostrada por medio de la ecuación TC= RC∙ C=10T

FASE 3 REGULADOR ZENER

En este punto del diseño de la fuente alimentación regulada se debe elegir un diodo Zener cuyo valor de Voltaje Zener sea aprox al valor de tensión que se desea mantener constante a la carga en este caso 4.7V CC a 20mA.

Dadas las Formulas:

PZ = VZ∙IZ RSmín <RS <RSmáx VS = VP (Sal)

IRL = VL / RL IZ = IS – IRL IS = IZ + IRL IS = (VS - VZ) / RS

Izmáx = PZ / VZ

Izmín = Izmáx ∙ 0,15

RSmín = (VS – VZ) / Izmáx

RSmáx = (VS - VZ) / (Izmín + IRL)

RS = (RSmín + RSmáx) / 2

Definiciones: VS: Valor de la fuente de tensión no regulada VZ: Voltaje Zener (parámetro en hoja del fabricante) PZmáx: Potencia máxima soportada por el Zener (parámetro en hoja del fabricante) PZ: Potencia disipada por el Zener IZ: Corriente en el Zener RS: Valor optimo para el resistor limitador de corriente RSmín: Mínimo valor para el resistor limitador de corriente RSmáx: Máximo valor para el resistor limitador de corriente RL: Carga RZ: Resistencia del Zener IRL: Corriente necesitada en la carga IZmín: Corriente Mínima Zener IZmáx: Corriente Máxima soportada por el Zener (parámetro en hoja del fabricante) IS: Corriente en el resistor limitado 3.1 Completar luego de los cálculos La siguiente Tabla:

RS RL IS IZ PZ

272.5ohms 235ohms 51mA 31mA 0.15w

Sol.

La referencia del diodo zener que escogí para trabajar fue el 1N5230, ya que cumple con las especificaciones requeridas para la construcción de la fuente de alimentación y he aquí el datasheet que contiene los datos de dicho diodo.

Ahora tenemos estos datos conocidos:

VS = VP (Sal)

VS = 18.6v Este dato ya lo habíamos calculado en la primera fase del proyecto.

VZ=4.7v

IZmáx=97mA

IRL= 20mA Este dato se nos dio en los requerimientos para la construcción del proyecto.

Izmín = Izmáx ∙ 0,15

Izmín = 97mA ∙ 0,15

Izmín = 14.55mA

RSmín = (VS – VZ) / Izmáx

RSmín = (18.6 – 4.7) / 94

RSmín = 13.9/ 94

RSmín = 143.3ohms

RSmáx = (VS - VZ) / (Izmín + IRL)

RSmáx = (18.6 – 4.7) / (14.55 + 20)

RSmáx =402ohms

RS = (RSmín + RSmáx) / 2

RS = (143 + 402) / 2

RS = 272.5ohms

RSmín <RS <RSmáx

143.3ohms<275ohms <402ohms, se cumple la condición.

IS = (VS - VZ) / RS

IS = (18.6 – 4.7) / 272.5

IS = 51mA

IZ = IS – IRL

IZ = 51 – 20IZ = 31mA

IRL = VL / RL , despejamos RL que es la que necesitamos hallar:RL= VL / IRL

RL= 4.7 / 20RL= 235ohms

PZ = VZ∙IZ PZ = 4.7∙31PZ = 0.15w