Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Los mejores documentos en venta realizados por estudiantes que han terminado sus estudios
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Descubre las mejores universidades de tu país según los usuarios de Docsity
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
Diseño y simulación de fuente regulada y variable de ±12V usando los reguladores LM317 y LM337, con indicador luminoso.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
1 / 24
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Vicerrectorado Barquisimeto
Departamento de Ingeniería Electrónica
Sección de Electrónica Aplicada
Laboratorio de Electrónica I
Autores
Vanessa Andreina Gamarra Sequera
Maibeth Andreina Rodríguez Colmenarez
Barquisimeto, 02 de marzo del 2022
Las fuentes de alimentación, son equipos que suministran energía. Una fuente de voltaje es un
equipo que entrega voltaje a una carga. Se dice variable porque el usuario puede ajustar la tensión
de salida al nivel requerido, y se llama regulada por la operación interna del chip regulador que se
encarga de realizar las auto correcciones necesarias para que a la salida entregue la tensión
establecida.
La función de una fuente de voltaje es convertir la tensión alterna en tensión DC suministrada a la
carga, y consta de varias etapas: 1.-Transformador de entrada; 2.- Rectificador a diodos; 3.- Filtro
para el rizado; 4.- Regulador.
Figura 1. Esquema de fuente variable.
Etapa de transformación: La etapa de transformación se caracteriza por la reducción o
amplificación de la tensión de entrada en una tensión alterna de salida adecuada. El transformador
es un componente electromagnético formado por dos bobinas devanadas sobre el mismo núcleo
de hierro, ambos devanados, primarios y secundarios, son completamente independientes, y la
energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través
del núcleo. La principal ventaja que tiene el transformador es su alto rendimiento.
Etapa de rectificación: En la etapa de rectificación, la señal proveniente del bobinado secundario
del transformador se convierte de una señal alterna a una señal de un solo sentido.
Puente rectificador: Un puente rectificador es un circuito rectificador de onda completa,
su función es convertir una señal con partes positivas y negativas en una señal únicamente
positiva. Está conformado por diodos semiconductores encargados de convertir la tensión
alterna que sale del transformador en tensión continua. La onda obtenida de esta etapa es
una onda pulsante.
Etapa de filtrado: Esta etapa queda constituida por uno o varios capacitores que se utilizan para
disminuir la componente de tensión alterna que proviene de la etapa de rectificación. Los
capacitores se cargan al valor máximo de voltaje entregado por el rectificador y se descargan
lentamente cuando la señal pulsante desaparece. Permitiendo lograr un nivel de tensión lo más
continua posible, reduciendo así el rizo de la señal.
Etapa de regulación: Esta etapa consiste en el uso de uno o varios circuitos integrados que tienen
la función de mantener constante las características del sistema y tienen la capacidad de mantener
el estado de la salida independientemente de la entrada.
Reguladores de voltajes: Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de
reducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida exacta. Los reguladores
ajustable s permiten variar la tensión de salida proporcionada.
Regulador LM317 : Es un regulador integrado de tensión lineal ajustable de tres terminales,
que permite variar la salida con una resistencia y un potenciómetro. El LM317T suministra
a su salida en condiciones normales un voltaje en un rango de 1,2V hasta 37V y su corriente
de salida es de 1,5A. Tiene tres terminales: ajuste (ADJ), entrada (IN) y salida (OUT).
Regulador LM337 : Es un regulador integrado complemento del LM317, pero en tensión
negativa. En el LM337T, el voltaje de salida varia de - 1,2V a - 37V. Suministra una
corriente de salida de hasta 1,5A.
Potenciómetro : El potenciómetro es una resistencia cuyo valor es variable, por medio de
este componente se puede manipular la tensión de salida.
Un voltímetro de columna luminosa despliega una columna de luz cuya altura es proporcional al
voltaje. Un voltímetro gráfico luminoso se construye con el circuito de la figura 2. R cal
se ajusta
de modo que fluya 1mA a través del circuito divisor con resistencias iguales R1 a R10. Se
establecen diez voltajes de referencia separados en pasos de 1V, desde 1V hasta 10V.
Figura 2 .2. Circuito integrado LM
Características:
o 3V a 32V, para fuentes positivas.
o ±1.5 V a ±16 V, para fuentes dobles
Nota: El LM324 no tiene protección contra inversiones de polaridad, por lo tanto se debe ser muy
cuidadoso a la hora de conectar la fuente de alimentación. La fuente positiva (+V) va al pin 4 y la
negativa (-V) va al pin 11.
Para el diseño de la fuente se parte de una fuente de 110Vrms y frecuencia de 60Hz.
Se emplea un transformador de tres hilos 5:1 que reduce la tensión de red a 22Vrms tanto para
la fuente positiva como para la negativa.
Para rectificar la señal se emplea un rectificador de onda completa ECG5304 que se conecta
después del transformador, por lo tanto, le entra una tensión alterna y sale tensión continua.
En el rectificador de puente conducen dos diodos a la vez, por lo tanto, existe una caída de tensión
de 0,7V cada uno.
La tensión obtenida es en forma de pulsos, así que es necesario emplear un filtro. Para el filtro se
emplea un condensador de entrada.
Hay que considerar que el regulador puede presentar una caída de tensión de 2 a 4V, así que, antes
del regulador se debe tener 12V de la fuente más 4V, es decir 16V, este es el voltaje mínimo del
capacitor.
Para el cálculo del condensador se usa la fórmula
5 (𝑉𝑠𝑚á𝑥 − 𝑉𝐿)
2 𝜋𝑓 ∆𝑉 𝑅
𝐿
Donde Vsmáx=29.7Vp
∆𝑉 = 𝑉𝑠𝑚á𝑥 − 𝑉𝑠𝑚𝑖𝑛 = 29 , 7 𝑉 − 16 𝑉 = 13 , 7 𝑉
𝐴𝐷𝐽
Para conseguir los valores de las resistencias para un voltaje requerido, se da un valor a una
resistencia y se busca el otro.
𝐴𝐷𝐽
𝐴𝐷𝐽
La corriente que entra o sale por el terminal ADJ es prácticamente nula, y para efectos de cálculo
se puede aproximar a nula, así:
Dando el valor de R1=240Ω, con Vout=12V
Como se aproximó 𝐼
𝐴𝐷𝐽
= 0 𝐴, el valor real es un poco por debajo que 2 064 Ω, pero con un
potenciómetro de este valor, se puede ajustar a los 12V deseados de la fuente.
Capacitores externos
Según especificaciones del datasheet del componente, es adecuado colocar un capacitor de entrada
de disco de 0,1uF o uno sólido de tantalio de 1uF. Este capacitor corta las variaciones de alta
frecuencia en los circuitos adjuntos.
Para más estabilidad, se coloca un capacitor de salida de tantalio sólido de 1uF.
Para la fuente negativa: LM337T
Análogamente, se realiza el cálculo para la tensión negativa con el regulador LM337T
Figura 4. Esquema de conexión del LM337T
𝐴𝐷𝐽
𝐴𝐷𝐽𝑅 2
𝐴𝐷𝐽
Para conseguir los valores de las resistencias para un voltaje requerido, se da un valor a una
resistencia y se busca el otro. Dando el valor de R1=120Ω.
𝐴𝐷𝐽
𝐴𝐷𝐽
La corriente que entra o sale por el terminal ADJ es prácticamente nula, y para efectos de cálculo
se puede aproximar a nula, así:
Como se aproximó 𝐼 𝐴𝐷𝐽
= 0 𝐴, el valor real es un poco por encima de 1032Ω, pero con un
potenciómetro de este valor, se puede ajustar a los - 12V deseados de la fuente.
5 es que el transistor externo no ahorra una corriente de gran valor como la corriente generada
debido a un cortocircuito.
Para solventar este inconveniente, se interviene con un circuito de corriente añadido para asegurar
la función de cortocircuito. Se agrega otro transistor, Qlim, y resistencia, Rlim, como en el
diagrama de la figura 6.
Figura 6. Regulador con transistor de potencia.
Para un funcionamiento normal, la pérdida de voltaje sobre Rext debería ser suficiente para
controlar la pérdida inversa sobre el Rlim. Si la corriente a través de Qext es mayor que el extremo
específico Iext(max) debido a un cortocircuito de salida o carga errónea, el voltaje alrededor de
Rlimm se convierte en 0,7 voltios, y Qlim comienza a operar, cambiando la dirección de la
corriente.
Ahora la máxima corriente quedará marcada por la que tolere el transistor, dependiente de cual
empleamos será la cantidad de corriente que podemos extraer a esta fuente.
Para el cálculo de Rlim, se establece ima Iext=500mA, que serán los que generen una caída de
tensión de 0,7V en Vbe de Qlim y se active.
𝑒𝑥𝑡𝑀𝐴𝑋
Para el cálculo de Rext, se realiza un recorrido de voltajes de Kirchhoff.
V BE
Como el transistor LM313 entrega hasta un máximo de 1,5A, colocar un límite de 1A es aceptable
para determinar el valor de Rext, el cual viene dado por:
𝑀𝐴𝑋𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟
La resistencia limitadora debe ser una resistencia de potencia ya que a través de ella pasará una
corriente considerable.
Análogamente, para la parte negativa se montan los mismos circuitos con transistores npn.
Indicador luminoso
Con el fin de poder comprobar visualmente la función de la fuente variable regulada, se procede
al diseño de un indicador luminoso o multímetro luminoso. El multímetro luminoso consta de dos
partes: el circuito divisor de voltaje y los circuitos con amplificadores operacionales comparadores.
Para el divisor de voltaje, se emplea una fuente externa de 12V conectada a 12 resistencias de igual
magnitud, de manera que la caída de voltaje en cada resistencia varíe en 1V, en un rango de 1-
12V. Dicho esto, se escogerán, por preferencia, valores de resistencia de 1kΩ donde cada una debe
tener una caída de tensión de 1V. Entonces, por Ley de Ω,
V = I ∗ R, donde V=1V y R=1kΩ
1kΩ
I = 1mA
Esta corriente es la que circulará por las 12 resistencias en serie.
Análogamente, para la parte negativa, el divisor de voltaje usará una fuente externa de - 12V
conectada a las 12 resistencias de 1kΩ, de manera que en cada una hay una caída de tensión de
Para los circuitos con los amplificadores operacionales se hará uso de 24 resistencias de 220Ω y
24 LEDs, 12 para una tensión positiva, y otros 12 para una tensión negativa.
El integrado LM324 contiene en su interior comparadores, y existen distintos casos para la salida.
Si se observa la figura 2 y se toma un solo amplificador, se tendría lo siguiente:
Figura 8. Simulación del circuito integrado LM
Figura 10. Indicador luminoso para salida positiva
Figura 11. Indicador luminoso para salida positiva
Figura 12. Gráficas de señal de entrada (amarilla), señal filtrada positiva (verde) y señal de
salida positiva (rosada).
