Fuente fija de 12 y 24 voltios

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En el presente documento analizaremos la construcción de una fuente de alimentación fija ±24 y ±12 voltios, analizaremos cada una de las 5 etapas que se necesita para la construcción de la fuente de alimentación antes mencionada, en lo que corresponde a la parte teórica, diseño y construcción de la fuente.

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Fuente fija de 12 y 24 voltios

  1. 1. Universidad Técnica Particular de Loja. Robalino Richard. Telefonía celular. Fuente de Alimentación Fija ±24 y ±12Premio Colombiano de Informática ACIS 20111Resumen—En el presente documento analizaremos laconstrucción de una fuente de alimentación fija ±24 y ±12voltios, analizaremos cada una de las 5 etapas que se necesitapara la construcción de la fuente de alimentación antesmencionada, en lo que corresponde a la parte teórica, diseño yconstrucción de la fuente.Índice de Términos—Fuente de alimentación, corrientedirecta, regulador, voltaje.I. INTRODUCCIÓNEN EL PRESENTE DOCUMENTO TRATAREMOS ELTEMA DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN. Podemosdefinir a la fuente de alimentación como aparatoelectrónico modificador de la electricidad queconvierte la tensión alterna en una tensión continua.Remontándonos un poco en la historiadescribiremos que en la industria no se contaba conequipos eléctricos, luego se empezaron a introducirdispositivos eléctricos no muy sofisticados por loque no eran muy sensibles a sobretensiones, luegollegaron los equipo más modernos que necesitabande bajos voltajes y por lo tanto eran muy sensibles asobretensiones, cambios bruscos o ruido en lastensiones de alimentación por lo que se ha iniciandola construcción de fuentes de alimentación queproporcionaran el voltaje suficiente de estosdispositivos y que garanticen la estabilidad de latensión que ingresa al equipo. [1]Hoy en día los equipos electrónicos, en sumayoría, funcionan con corriente continua, así, eldispositivo que convierte la corriente alterna acorriente continua, en los niveles requeridos por elcircuito electrónico a alimentar, se llama fuente dealimentación. [1]II. MATERIALES A UTILIZARSEPara este circuito electrónico necesitamos lossiguientes materiales:1) Fuente de ±24A) 1 transformador con derivación central de110/48vB) 1 rectificador de onda completa o puente dediodos WIOMC) 2 condensadores electrolíticos de 4700 uF,50VD) 2 condensadores cerámicos de 470 nF, 50VE) 1 regulador de voltaje 7824 (24v,1A)F) 1 regulador de voltaje 7924 (24v,1A)G) 2 condensadores cerámicos de 10 uF, 50VH) 8 diodos de silicio2) Fuente de ±12A) 1 transformador con derivación central de110/24vB) 1 rectificador de onda completa o puente dediodos WIOMC) 2 condensadores electrolíticos de 4700 uF,50VD) 2 condensadores cerámicos de 470 nF, 50VE) 1 regulador de voltaje 7812 (12v,1A)F) 1 regulador de voltaje 7912 (24v,1A)G) 2 condensadores cerámicos de 10 uF, 50VH) 8 diodos de silicioIII. ETAPAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNAFUENTE DE ALIMENTACIÓNTodo circuito electrónico requiere para sufuncionamiento de una fuente eléctrica de energía,puesto que la corriente y voltaje que proporciona lalínea comercial no es la adecuada para que sufuncionamiento sea el correcto. [3]Un dispositivo a base de semiconductores queintegran un circuito, funciona con tensiones ycorrientes directas lo más continuas posibles, asípues, la fuente de alimentación convierte la energíaFuente de Alimentación Fija ±24 y ±12Robalino Quito Richard Andréss,ric_0608@hotmail.comUniversidad Técnica Particular de Loja
  2. 2. Universidad Técnica Particular de Loja. Robalino Richard. Telefonía celular. Fuente de Alimentación Fija ±24 y ±12Premio Colombiano de Informática ACIS 20112de la línea comercial en energía directa a losvoltajes requeridos.Una fuente de alimentación para su correctofuncionamiento se constituye a base de 4 etapas defuncionamiento que en la siguiente Fig. 1 semuestra.Fig. 1. Etapas de una fuente de alimentación1) Etapa de Transformación.En esta etapa utilizamos un transformador, que esun dispositivo que permite obtener voltajes mayoreso menores que los producidos por una fuente deenergía eléctrica de corriente alterna.En nuestro caso tenemos una señal alterna deentrada de 110V de amplitud, y nuestrotransformador proporciona en su salida una señalalterna de menor amplitud, en este caso 48V, perocomo es con toma central nos proporciona una señalalterna de 24V entre un secundario y la tierra, estoes para la primera fuente de ±24.La fuente ±12 es el mismo principio con ladiferencia que utilizamos un transformador contoma central de 110/24 v, lo que nos da un voltajede salida entre los secundarios del transformador de24v y con referencia a tierra tenemos un voltaje desalida de 12v.El objetivo de la fuente es generar un voltajecontinuo de nivel constante, de esta primera etapa,la señal que se obtiene sigue siendo alterna, por loque es necesaria la conversión de alterna a continuay el dispositivo que comienza esta transformaciónes el puente de diodos.2) Etapa de RectificaciónEsta etapa consta de un circuito rectificador deonda completa compuesto por 4 diodos, que seencarga de convertir la señal de corriente alterna debajo nivel, que sale del secundario deltransformador a una señal DC pulsante.La señal de salida del circuito rectificador tieneuna polaridad fija, pues en ningún momento cae pordebajo de cero. Se denomina pulsante porque elvalor varía desde cero hasta un valor máximo ovoltaje pico, y luego va de ese valor máximo hastacero y se repite nuevamente. A pesar de que loscircuitos rectificadores proporcionan a su salida unaseñal DC, ésta no mantiene constante su nivel, porlo que es necesario agregar un filtro. [4] Para poderescoger la capacidad del filtro se realizan cálculos.(Ver sección de cálculos)3) Etapa de filtradoLo que hace la etapa de filtrado es reducir el rizode la DC pulsante producida por el puente dediodos, es decir suaviza las variaciones de la señalpulsante, proporcionando una señal mas continua.Como lo podemos apreciar en la Fig. 2.Fig. 2. Etapa de filtradoDebemos tomar en cuenta que un capacitor degran capacitancia no solo reduce mayor rizo sinotambién amperaje. Luego de realizar nuestro estudio(cálculos) nuestra fuente tiene un capacitor de 4700uF a 50 V. Este tipo de red de filtro, es el másocupado por ser el más sencillo y económico.Otra consideración que debemos tomar en cuentaes que el voltaje de funcionamiento del capacitordebe ser como mínimo el doble del voltaje en el queestamos trabajando, por ejemplo nosotros estamostrabajando en 24V es por eso que nuestro capacitores de 4700 uF a 50 V. Para la fuente ±12 estecapacitor si nos sirve porque estamos trabajando en12V.Hasta esta etapa obtenemos una fuente CC noregulada, ya que la señal de salida después deagregar el filtro es una señal continua no constantey presenta pocas variaciones de nivel.4) Etapa de regulaciónA) Filtro RCCon el primer filtro aun tenemos un rizo pequeño,pero es posible reducir más la cantidad de rizo através de un capacitor de filtrado de menor tamañoque el anterior, a esta sección de capacitoresadicionales se la denomina sección RC.El propósito de la sección RC agregada es quedeje pasar la mayor parte del componente de cd al
  3. 3. Universidad Técnica Particular de Loja. Robalino Richard. Telefonía celular. Fuente de Alimentación Fija ±24 y ±12Premio Colombiano de Informática ACIS 20113mismo tiempo que atenúa (reduce) lo más posibledel componente de corriente alterna. [2]Estos capacitores se los coloca antes y despuésdel regulador y después del regulador, nosotroshemos utilizado capacitores de 470 nF antes delregulador y 10uF después del regulador, todos a50V como se muestra en la Fig. 4.Fig. 4. Sección de filtrado RCB) ReguladorLogra mantener constante el nivel del voltaje desalida. Esta última etapa puede estar formada porcomponentes discretos como el diodo zener otransistores que logren mantener regulado el voltajede salida, pero también puede utilizarse como elcaso de nosotros un regulador de voltajeintegrado. [4]Para la parte positiva se utiliza los regulador 7800y para la parte negativa los reguladores 7900, en los00 va el voltaje que estamos regulando. En nuestrocaso para la fuente de ±24 para la parte positivautilizamos un regulador L7824 y para la partenegativa L7924En la fuente de ±12 es el mismo principio 24 parala parte positiva utilizamos un regulador L7812 ypara la parte negativa L7912En esta última etapa, ya se ha logradotransformar la señal alterna de la red en una señalcontinua de bajo nivel y valor constante, requeridopara alimentar los circuitos internos de los equiposelectrónicosIV. CÁLCULOS MATEMÁTICOS1) Fuente fija (±24Vdc; 1A)A) TransformaciónVoltaje RMS del secundario1: 24.2VVoltaje pico-pico: 48.4 VCorriente del secundario1: 1AFig. 5. Señal de salida del transformadorVx div. = 5 Frecuencia:B) RectificaciónPuente de diodos:VDC = 0.636 (24,2 V)VDC = 15.3912 V Fig. 6. Puente de DiodosFig. 7 . Señal rectificada Vx div: 5 Frecuencia:C) FiltradoElección del capacitor
  4. 4. Universidad Técnica Particular de Loja. Robalino Richard. Telefonía celular. Fuente de Alimentación Fija ±24 y ±12Premio Colombiano de Informática ACIS 20114Voltaje DCSi C = 2200 uF, Idc = 1000 mA (Fig. 8)Si C = 4700 uF, Idc = 1000 mA (Fig. 9)D) RizoVoltaje de rizoSi C = 2200 uF, Idc = 1000 mASi C = 4700 uF, Idc = 1000 mAPorcentaje de rizoCon C = 2200 uF, Idc = 1000 mACon C = 4700 uF, Idc = 1000 mAVr (pico)Intensidad de la corrienteSi C = 4700 uF, Idc = 1000 mASi C = 2200 uF, Idc = 1000 MaFig. 8. Señal de salida C= 2200 uF (raya lacre y rosada)en el intervalo de +- 10 ms.Fig. 9 Señal de salida parte positiva C= 4700 uF
  5. 5. Universidad Técnica Particular de Loja. Robalino Richard. Telefonía celular. Fuente de Alimentación Fija ±24 y ±12Premio Colombiano de Informática ACIS 20115Tomando en cuenta los cálculos realizadoshemos decidido utilizar el capacitor de 4700uF en vez del de 2200 uF por las siguientesrazones:TABLA 1. DIFERENCIA ENTRE CAPACITORES POSIBLES AUSARSEC= 4700 uF C=2200 uFVcd= 23.31 Vcd= 22.30= 0,51 = 1,09r= 2,11 r= 4.89E) RegulaciónFuente de ±24VdcRegulador: 7824 +24VRegulador: 7924 -24V.Fig. 10. Señal de salida de la fuente ±24Vdc (raya azul yrosada). Vx div : 5Fuente de ±12VdcRegulador: 7812 +12VRegulador: 7912 -12V.Fig. 11. Señal de salida de la fuente ±12Vdc (raya azul yrosada). Vx div : 5Para la fuente de ±12V dc las formulas autilizarse son las mismas únicamente cambiamos elvalor deVoltaje RMS del secundario1: 13.2VVoltaje pico-pico: 26.2 VCorriente del secundario1: 1.5 ALos capacitores son de la misma capacitancia y a50V, aunque el voltaje de un capacitor debe ser eldoble del que se encuentra en el circuito, nosotroshemos escogido el de 50 V por motivoseconómicos, es decir la única consideración es queel voltaje del capacitor como mínimo sea el dobledel voltaje del circuito, así que utilizar capacitores a50V o 35V, que podríamos utilizar, no perjudica elfuncionamiento de la fuente.Tomando en cuenta los cálculos y los materialesantes expuestos la fuente quedaría diseñada de lasiguiente manera:
  6. 6. Universidad Técnica Particular de Loja. Robalino Richard. Telefonía celular. Fuente de Alimentación Fija ±24 y ±12Premio Colombiano de Informática ACIS 20116Fig. 12. Fuente de alimentación fija de ±24VdcFig. 12. Fuente de alimentación fija de ±12Vdc
  7. 7. Universidad Técnica Particular de Loja. Robalino Richard. Telefonía celular. Fuente de Alimentación Fija ±24 y ±12Premio Colombiano de Informática ACIS 20117V. CONCLUSIONESLos dispositivos electrónicos necesitan una fuentede alimentación de corriente continua y voltajeconstante para poder funcionar.Esta práctica ha afianzado nuestros conocimientosteóricos y hemos podido verificar el funcionamientode cada etapa en la construcción de la fuente fija dealimentación.REFERENCIAS[1] «Fuentes_pdf.pdf». [Online]. http://www.info-ab.uclm.es/labelec/Solar/elementos_del_pc/fuentes_de_alimentacion/f/f_pdf.pdf /. [Accessed: 18-jul-2012].[2] R. BOYLESTAD, Electrónica: Teoria de circuitos.Décima Ed. Pearson. Pág. 894.[3] «fuente de poder regulada.pdf». [Online]..http://www.logicbus.com.mx/pdf/Power_Supply/fuente%20de%20poder%20regulada.pdf. [Accessed: 18-jul-2012].[4] «DISEÑO Y CALCULO DE FUENTE». [Online].Available: zotero://attachment/488/. [Accessed: 18-jul-2012].Richard Andréss Robalino QuitoProfesional en formación de laUniversidad Técnica Particular de LojaANEXOS

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