CAPITULO I

1

1.1 Introducción

El motivo de la construcción de la fuente de alimentación DC es para alimentar

futuros proyectos electrónicos o darle un funcionamiento en el uso de los

electrónicos diarios,

Una fuente DC se refiere a una fuente de corriente continua, y la mayoría de los

circuitos y artefactos electrónicos requieren de una cantidad de energía eléctrica

continua, es decir, que no varié en los espacios de tiempo o si es necesario que

esta varié pedirá una cierta circunstancia para hacerlo, mientras que una fuente

AC, varia en el tiempo dependiendo de la frecuencia aplicada a la señal, respecto

a los tipos de fuentes cada uno tienes sus pros y sus contras, por ejemplo la

batería o la pila se puede usar en cualquier lugar, es decir, que es una fuente de

alimentación portable para cualquier situación, pero tiene una desventaja la cual

es el desgasto de energía, es decir, que la energía almacenada en la pila o la

batería tiene un cierto tiempo de uso antes de que se agote toda la energía

eléctrica almacenada, mientras que una fuente eléctrica se alimenta de una toma

de corriente AC, pero su uso no es tan portable como la batería o la pila ya que

ocupa más espacio y peso, también no puede ser usada en cualquier sitio, es

necesario tener una toma de corriente y no solo eso, necesita la fuente de

alimentación correcta es decir que uno debe conocer las especificaciones de la

fuente para poderla usar tal como el voltaje necesario de entrada.

1.2 Antecedentes:

La fuente de voltaje se ha utilizado en la electrónica desde su inicio como fuente

de alimentación para toda clase de proyecto, tal es el caso que es necesaria para

todo uso electrónico componente esencial para todo proyecto. A su vez que fue

hecha para el trabajo electrónico se le hicieron nuevos cambios a dicha fuente,

tales como la regulación de la salida de voltaje de la fuente, la regulación de salida

de corriente de la fuente, la protección de corto circuito de la fuente. A la vez de

este implemento se realizaron 2 tipos de medidas para las fuentes, analógicas y

2

digitales. Donde la analógica se refiere a las funciones de agujas como medidores

voltaje y corriente, y la digital que se refiere a la las funciones numéricas mediante

chips y datos de bits, que se muestran como números para la vista.

El propósito de este proyecto es el de alimentar futuros diseños de electrónica

teniendo así uno de los componentes vitales para la electrónica, ya que es fuente

de energía para todo circuito, el cumplimiento de este proyecto significa la base

para otros proyectos posteriores de electrónica.

El proyecto se realizo para el análisis y construcción de una fuente de

alimentación teniendo así la base de cómo realizarlo para posteriores proyectos, y

el análisis de diferentes componentes usados en el proyecto, la mayoría de los

componentes analizados anteriormente en teoría. La aplicación de dichos

componentes al proyecto, con sus respectivos análisis, cálculos y conocimiento se

pudo aplicar satisfactoriamente en el proyecto.

Otro de los propósitos del proyecto es el aprendizaje del ensamblado, análisis y

cálculo de los componentes a utilizarse mediante una base en teoría de dichos

componentes o la investigación y aplicación de hoja de datos de componentes.

El análisis de componentes de la fuente de alimentación AC-DC se puede apreciar

para posteriores proyectos e incluso para proyectos ya realizados; teniendo en

cuenta todo lo aprendido en la fuente de alimentación AC-DC, un proyecto

posterior será analizado con más facilidad y más eficacia respecto a la toma de

datos y análisis de componentes.

3

1.3 Identificación del Problema

-¿Para qué motivos y usos posteriores se realiza el proyecto de Fuente De

alimentación DC y porque no usar otro tipo de alimentación, tales como las

baterías o pilas para alimentar circuitos en vez de una Fuente de alimentación

DC?

1.4 Objetivo del proyecto:

1.4.1 Objetivo Principal:

Diseñar proyecto a realizarse en este caso una fuente de voltaje AC-DC,

realizando así ingeniería inversa con análisis y simulaciones de proyectos, a

su vez aprender a calcular las medidas de los componentes y como parte

final el ensamblaje de dicho proyecto.

1.4.2 Objetivo Secundario:

-Utilizar la fuente como componente vital para proyectos electrónicos

posteriores, alimentando correctamente a los circuitos a realizarse. También

se espera que el proyecto logre pasar las etapas de prueba de protección,

es decir, corto circuitos y resistencia.

-Aplicar a la práctica lo aprendido en semestres anteriores, tales como

análisis de diodos, puentes, transistores y sus diferentes formas de

aplicación.

-Usar simuladores electrónicos.

-Observar practica de lo simulado en los simuladores.

-Analizar desde un punto de vista ya terminado la fuente a realizarse y

armando desde el fin hacia el principio

-Calcular los datos de componentes de circuitos integrados tales como el

LM317 y aprender su 4

funcionamiento

1.5 Justificación

1.5.1 Técnica:

Su dificultad en grado técnico se podría decir que esta en intermedio debido a que

la fuente se realizo con un diseño propuesto, es decir, la fuente se realizo

mediante ingeniería inversa analizando desde el final hasta el principio, teniendo

en cuento las simulaciones realizadas y los cálculos realizados en la fuente.

Ya que la fuente se realizo con un modelo a seguir, su resultado puede ser

comprobado y verificado según el modelo base seguido y con esto asegurar su

funcionamiento,

1.6 Limitaciones

Las limitaciones de la fuente de alimentación realizada se deben a los

componentes usados tales como el transformador, que convierte un voltaje AC de

220V con una frecuencia de 50Hz a un voltaje AC de 30 V con una frecuencia de

50 Hz teniendo así un voltaje máximo de salida de 30V, otra de las limitaciones

dadas en el proyecto es el límite de los componentes, es decir para los

capacitores el voltaje máximo que resisten es de 35V, para los diodos es de 2,0A

es decir que si se sobrecarga la fuente sobrepasando los limites de los

componentes estos podrían dañarse y provocar un malfuncionamiento de la

fuente.

5

1.7 Alcance Técnico

Amplitud máxima de la fuente:

30V

Regulación de la fuente: Existe

regulación de 1,2v a 30v

Corriente máxima de la fuente: 1.5 A

Protección de la fuente: Si

Medición: Analógica

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CAPITULO II

7

2.1 Marco Teórico

2.1.1 Circuito integrado LM317 (Fig.1.1)

El LM317 es un regulador de tensión positivo con sólo 3 terminales y con un

rango de tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios.

Las patillas son: Entrada (IN), Salida (OUT), Ajuste (ADJ)

Para lograr esta variación de tensión sólo se necesita de 2 resistencias externas

(una de ellas es una resistencia variable).

Entre sus principales características se encuentra la limitación de corriente y la

protección térmica contra sobrecargas.

La tensión entre la patilla ADJ y OUT es siempre de 1.25 voltios (tensión

establecida internamente por el regulador) y en consecuencia la corriente que

circula por la resistencia R1 es:

IR1 = V / R1 = 1.25/R1

Esta misma corriente es la que circula por la resistencia R2. Entonces la tensión

en

R2: VR2 = IR1 x R2.

Si se sustituye IR1 en la última fórmula se obtiene la siguiente ecuación:

VR2 = 1.25 x R2 / R1.

De esta última fórmula se ve claramente que si modifica R2 (resistencia

variable), se modifica la tensión Vout

8

2.1.2 Transformador (Fig 1.2)

Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o

disminuir el voltaje o tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna,

manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un

transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida.

Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo

de su diseño, tamaño, etc.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción

electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas

devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. 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.

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las

variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo

magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo

magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una

fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado

primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es

directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y

secundario (Ns) .

9

La razón de transformación (m) del voltaje entre el bobinado primario y el

secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número

de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple

de tensión.

2.1.3 Diodo (Fig 1.3)

Un diodo (del griego "dos caminos") es un dispositivo semiconductor que permite

el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características

similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un

diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se

comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un

circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.

Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son

dispositivos capaces de convertir una corriente alterna en corriente continua. Su

principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

Los primeros diodos eran válvulas grandes en chips o tubos de vacío, también

llamadas válvulas termoiónicas constituidas por dos electrodos rodeados de vacío

10

en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El

invento fue realizado en 1904 por John Ambrose Fleming, de la empresa Marconi,

basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.- Al igual que las

lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a

través del que circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está

tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío

circundante; electrones que son conducidos electrostáticamente hacia una placa

característica corvada por un muelle doble cargada positivamente (el ánodo),

produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no

podrá ceder electrones. Por esa razón los circuitos que utilizaban válvulas de

vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder

funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.

Las Relaciones más importantes para un diodo común son:

2.1.4 Transistor (Fig 1.4)

El 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"). 11

Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de

uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y vídeo, hornos

de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes

de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes,

equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.

Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos o triodo, el transistor

bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en diciembre de 1947

por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley, quienes

fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956.

Al principio se usaron transistores bipolares y luego se inventaron los

denominados transistores de efecto de campo (FET). En los últimos, la corriente

entre la fuente y la pérdida (colector) se controla usando un campo eléctrico

(salida y pérdida (colector) menores). Por último, apareció el semiconductor metal-

óxido FET (MOSFET). Los MOSFET permitieron un diseño extremadamente

compacto, necesario para los circuitos altamente integrados (IC). Hoy la mayoría

de los circuitos se construyen con la denominada tecnología CMOS

(semiconductor metal-óxido complementario). La tecnología CMOS es un diseño

con dos diferentes MOSFET (MOSFET de canal n y p), que se complementan

mutuamente y consumen muy poca corriente en un funcionamiento sin carga.

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas

artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades

específicas) que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el

colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos

primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las

12

válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se

obtiene corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les

considera un elemento activo, a diferencia de los resistores, capacitores e

inductores que son elementos pasivos. Su funcionamiento sólo puede explicarse

mediante mecánica cuántica.

Las relaciones más importantes para un transistor BJT son:

;

;

2.1.5 Capacitor (Fig 1.5)

Un condensador o capacitor es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es

un componente pasivo. Está formado por un par de superficies conductoras en

situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que

parten de una van a parar a la otra), generalmente en forma de tablas, esferas o

láminas, separados por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un

condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o por

el vacío, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una

13

determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra

(siendo nula la carga total almacenada).

La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de

potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la

llamada capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se

mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que,

sometidas sus armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, éstas adquieren una carga

eléctrica de 1 culombio.

La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los

condensadores, por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad en micro-

µF = 10-6, nano- F = 10-9 o pico- F = 10-12 -faradios. Los condensadores obtenidos

a partir de supercondensadores (EDLC) son la excepción. Están hechos de carbón

activado para conseguir una gran área relativa y tienen una separación molecular

entre las "placas". Así se consiguen capacidades del orden de cientos o miles de

faradios. Uno de estos condensadores se incorpora en el reloj Kinetic de Seiko,

con una capacidad de 1/3 de Faradio, haciendo innecesaria la pila. También se

está utilizando en los prototipos de automóviles eléctricos.

14

CAPITULO III

15

3.1 Cálculos

Vrizado = 2.45*Vdc/C

Vrizado = 2.45*15/2200

Vrizado = 0.016V

3.1.1 Circuito LM317

Utilizando las fórmulas observadas en la Parte 2 recordamos que:

Vre=1.25

Usando la siguiente fórmula

Vout = 1.25* ((potenciómetro/resistencia de regulación)+1)

Si resistencia de regulación = 220Ω

Potenciómetro Vout

5KΩ 29.65V

4KΩ 23.9V

3KΩ 18.29V

2KΩ 12.6V

1KΩ 6.9V

0KΩ 1.25V

Regulador de tensión

Para esto tenemos que:

Vtotal = 1.2V + V2

16

Como el voltaje total que entrega la fuente esta entre 14.93V y 15.06V

14.99V=1.2V + V2

V2 = 14.99V-1.2V

V2=13.79V

3.1.2 Potenciómetro= 5K

Componente I V

R1 = 1K 10.40mA 10.40V

C1 =2200µF 5.74mA 42.99V

Q1 = BC548

IC =

9.51mA

VCE =

43.19V

IB =

10.5µA

VBE =

0.7V

IE =

8.50mA

VCB =

43.19V

R2 = 1.8K 10.9mA 19.7V

D3 = 1N4148 10.1mA 14.4V

LM 317 IN 5.74mA 43.19V

LM 317 OUT 5.69mA 29.9V

LM 317 ADJ 0.05mA 28.7V

R4 = 220 5.69mA 1.25V

Potenciómetro

1K

5.74mA 28.7V

D4 = 1N4001 1.26mA 1.25V

C2 = 10 F 0.04 F 28.7V

C3 = 100nF 0.14µF 29.90V

17

3.1.3 Potenciómetro= 1K

Componente Corriente Voltaje

R1 = 1K 10.40mA 10.40V

C1 =2200µF 5.74mA 42.99V

Q1 = BC548

IC =

9.51mA

VCE =

43.19V

IB =

10.5µA

VBE =

0.7V

IE =

8.50mA

VCB =

43.19V

R2 = 1.8K 10.3mA 19.7V

D3 = 1N4148 10.02mA 37.2V

LM 317 IN 5.74mA 43.19V

LM 317 OUT 5.69mA 7.3V

LM 317 ADJ 0.05mA 5.6V

R4 = 220 5.69mA 1.25V

Potenciómetro

1K

5.74mA 5.76V

D4 = 1N4001 1.26mA 1.25V

C2 = 10 F 0.01 F 5.76V

C3 = 100nF 0.14µF 7.02V

18

3.1.3 Para Potenciómetro en 3K

Componente I V

R1 = 1K 10.40mA 10.40V

C1 =2200µF 5.74mA 42.99V

Q1 = BC548

IC =

9.51mA

VCE =

43.19V

IB =

10.5µA

VBE =

0.7V

IE =

8.50mA

VCB =

43.19V

R2 = 1.8K 10.3mA 19.7V

D3 = 1N4148 10.02mA 25.7V

LM 317 IN 5.74mA 43.19V

LM 317 OUT 5.69mA 18.9V

LM 317 ADJ 0.05mA 17.7V

R4 = 220 5.69mA 1.25V

Potenciómetro

3K

5.74mA 17.2V

19

TR1

TRAN-2P2S

D4 = 1N4001 1.26mA 1.25V

C2 = 10 F 0.06 F 17.2V

C3 = 100nF 0.14µF 18.52V

3.2 Simulación

Fig. 2.1

3.2.1 Parte 1:Transformador

Fig 2.2 Fig 2.3

Fig 2.4

Parte 1: Transformador

20

C12200u

VI3

VO2

AD

J1

U1LM317L

R11k

D1LED

D2

1N4148Q1

BC548

R2

1k8

R3

0R47

R4220R D3

1N4001

C210u

+88.8

Volts

D4

1N4001

TR1

TRAN-2P2S

D5

1N4001

D6

1N4001

D7

1N4001

D8

1N4001

C3100n

R55k1

TR1

TRAN-2P2S

BR1

2W005G

R11k

C12200u

TR1

TRAN-2P2S

BR1

2W005G

3.2.2 Parte 2: Puente de Diodos

Fig 2.5 Fig 2.6

Fig 2.7

Parte 3: Filtrado de Capacitor

Onda de salida

Fig 2.8 Fig 2.9

Fig 2.91

21

CAPITULO IV

22

4.1 Conclusión

El proyecto realizado, Fuente de voltaje , se completo con éxito, aunque con

diversos problemas relacionados a los componentes de armado, el proyecto tuvo

un éxito en el armado y en el funcionamiento, en conclusión se logro realizar con

éxito el proyecto y el desarrollo del proyecto a la vez el conocimiento adquirido

será satisfactoriamente aplicado a posteriores proyectos.

4.2 Costos y Materiales

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Material Costo por

unidad

Cantidad Observación TOTAL

Diodo 1bs 6 1N4001 6 bs

Resistencia 30ctvs 4 (1K,1K8,220,0.47)Ω 1,20bs

Condensad

or

50ctvs 3 (2200µ/35V,10µ/

35V,100n)F

1,50bs

Transistor 1bs 1 DC548 1bs

Circuito

Integrado

4bs 1 LM317 4bs

Potencióme

tro 5k

2bs 1 - 2bs

LED 30ctvs 1 - 30ctvs

Diodo 1,5bs 1 1N4148 1,5bs

Switch 1bs 1 - 1bs

Transforma

dor

30bs 1 220v-30v 30bs

Extras 20bs - Metal,etc 20bs

TOTAL 68,50bs

4.3 Bibliografía

Electrónica Boylestad

http://www.electronica2000.com

http://www.wikipedia.com

http://www.unicrom.com

http://www.reuk.co.uk/OtherImages/labelled-transistor.jpg

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