EXPERIMENTO N 11.pdf

8/17/2019 EXPERIMENTO N 11.pdf

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EXPERIMENTO N° 11 : CIRCUITO REGULADOR DE VOLTAJE

OBJETIVO

Estudiar el circuito básico de regulación y voltaje con el CIR 7805.

MATERIALES

-Fuente de voltaje DC

-Protoboard

-Resistencias

-Circuito integrado 7805

-Multímetro

FUNDAMENTO TEÓRICO

78xx es la denominación de una familia de reguladores de tensión positiva, de tres terminales, Vi

voltaje de entrada, Vo voltaje de salida y la pata central la masa o común, con especificaciones

similares y que sólo difieren en la tensión de salida suministrada y en la corriente que es capaz de

dar ante una demanda de ello depende las letras que intercala detrás de los dos primeros digitos:

78xx (sin letra): 1 amperio

78Lxx: 0,1 A

78Mxx: 0,5 A

78Txx: 3 A

78Hxx: 5 A (híbrido)

78Pxx: 10 A (híbrido)

Especiales:

78S40: Regulador de conmutación

La tensión de alimentación debe ser un poco más de 2 volts superior a la tensión que entrega el

regulador y menor a 35 volts. Usualmente soporta corrientes de hasta 1A aunque diversos

modelos hay en el mercado. El dispositivo posee como protección un limitador de corriente por La

serie de reguladores de tensión positiva 78xx se complementa con la 79xx, que entrega tensiones

negativas, en sistemas donde se necesiten tanto tensiones positivas como negativas, ya que la

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serie 78xx no puede ser usada para regular tensiones negativas.

El ejemplar más conocido de esta serie de reguladores es el 7805, que provee 5V, lo que lo hace

sumamente útil para alimentar La serie de reguladores de tensión positiva 78xx se complementa

con la 79xx, que entrega tensiones negativas, en sistemas donde se necesiten tanto tensiones

positivas como negativas, ya que la serie 78xx no puede ser usada para regular tensiones

negativas.

El ejemplar más conocido de esta serie de reguladores es el 7805, que provee 5V, lo que lo hace

Las características estándar de los principales modelos son las encontradas en la siguiente tabla.

7803 7805 7806 7808 7809 7810 7812 7815 7818 7824

Vout 3,3V 5V 6V 8V 9V 10V 12V 15V 18V 24V

Vin - Vout 2,2V -

30V

2,5V -

23V

2,6V -

20V

Temperatura de

operación

0 -

125 °C

0 -

125 °C

0 -

125 °C

0 -

125 °C

0 -

125 °C

Imax de salida 1A 1A 1A 1A 1A 1A 1A 1A 1A 1A

PROCEDIMIENTO


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Paso 1

Se montó el circuito de la figura 1, luego se midió el voltaje de salida para diferentes valores de de la fuente (0-20 V). Con estos valores se graficó , y se determinó la región deregulación y el voltaje regulado.

Paso 2

Se demostró que en el circuito de la figura 2, el voltaje de salida se calcula por:

( )

Paso 3

Se montó el circuito regulador de voltaje ajustable de la figura 2, y se siguieron los siguientes

pasos:

a) Se fijó , se verificó que el voltaje de salida se ajusta con . Para diferentes valores de, se midieron diferentes .b) Se ajustó para obtener en la salida , verificando que este voltaje se mantienevariando el voltaje , de entrada, dentro de un rango de valores.c) Se fijó (ajustando ). Se colocó una resistencia de carga variable . Semidió la corriente en , variando de modo que se pueda medir desde valores pequeños(100 mA) hasta valores del orden de 1 A. Se determinó el rango de corriente para el cual el voltaje


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de salida se mantiene constante. Se midió el valor para carga máxima de , y se calculó elporcentaje de regulación con la siguiente fórmula:

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Paso 1

Luego de medir diferentes valores de y , se obtuvo la siguiente tabla:

0 0

1.01 0

2.12 0

3.07 0.02

3.51 0.80

4.01 1.50

4.80 2.08

5.30 3.90

5.70 4.24

6.31 4.78

8.02 5.00

9.02 5.00

10.04 5.00

12.01 5.00

15.01 5.00

20.00 5.00

Con los cuales se obtuvo la siguiente gráfica , en la cual se observa el funcionamiento delcircuito al regular el voltaje de modo que el voltaje de salida no supera los 5 V.


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Paso 2

De la figura 2 se obtienen las siguientes relaciones:

Como:

Entonces, reemplazando:

( )

Llegando así a la relación que queríamos demostrar.

Paso 3

Para la figura 2:

a) Se fijó el voltaje de entrada ,y , el voltaje de salida varía conforme varia,para diferentes valores de se obtuvo la siguiente tabla:

1.003 18.6 2.33 3.70

0.900 18.57 18.2 3.98

0.806 18.53 21.0 4.30

0.705 18.35 23.9 4.68

0.605 18.15 27.7 5.00

0.503 16.21 33.1 5.00

0.400 13.96 40.5 5.00

0.304 11.80 51.1 5.00

0.257 10.76 61.4 5.00

Donde se observa como no sobrepasa el valor de 5 V.

b) Luego de ajustar , se varió para ver el rango en que semantenga en ese valor, obteniéndose un rango de 13.6 V - 20 V.

c) Se fijaron los valores de (ajustando ) y se procedió a colocar unaresistencia de carga variable de la siguiente forma:


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Se midió la corriente , variando de modo que se midieron valores desde valores pequeños(100 mA) hasta valores de orden 1 A, obteniéndose los siguientes valores:

() 90.9 109.5 9.95

70.3 141.0 9.95

49.7 196.4 9.93

20.6 490 9.93

10.3 900 9.94

8.60 1030 9.95

Siendo este rango de corriente donde el voltaje de salida se mantiene constante.El valor de para carga máxima ( de 9.95, siendo entonces el porcentaje deregulación:


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OBSERVACIONES Y DISCUSIONES

- En el paso 1, tanto en la tabla como en la gráfica se puede observar el funcionamiento del

circuito integrado regulador de voltaje 7805, pues para el rango de valores de voltaje de entrada

de 0-20 V, se observa que los valores de salida están regulados de tal modo que el máximo valor al

que llega es de 5 V, valor que coincide con las especificaciones del circuito 7805.

-Se consigue demostrar la relación analizando con la ley de Ohm la figura 2, resultando un cálculo

sencillo, donde se puede observar que los valores están relacionados por :

( )

Y al ser variable, todos los valores varían al variar esta resistencia, como se puede observar enla tabla de valores del paso 3.a, observándose que el tiene un máximo valor de 5 V, estodebido al circuito regulador que como se observó en el paso 1, regula el voltaje de entrada de tal

modo que no permite que el supere este valor.- Al mantener fijo de tal modo que tenga un valor de 8 V, se verifica que este valor de semantiene constante al varias en un intervalo de 13.76 a 20 V pues es en ese intervalo donde se mantiene con un valor constante (5 V).- En la figura 3, luego de colocar una resistencia variable, y fijando = 15 V y y al variar de tal modo que se tenga el intervalo de valores de , se observó que el máximo valor de corriente que podía circular sin que fuese muy diferente a 9.95 V aproximadamente era de aproximadamente 1 A (1.03 A medidos), y

con estos datos se pudo hallar el porcentaje de regulación igual a 0.5 %.

CONCLUSIONES

- Cada circuito integrado regula los valores de voltaje hasta un valor máximo, en el caso del

presente experimento al utilizar un CIR 7805 el voltaje máximo alcanzado debe ser de 5 V, lo cual

fue corroborado experimentalmente.

- También se comprobó que la corriente llegaba hasta un valor de 1 A sin que varíe el valor de con carga, siendo esto lo esperado.


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EXPERIMENTO N° 12 : FUENTE REGULADORA DE VOLTAJE DC

OBJETIVO

Diseñar y montar una fuente regulada de voltaje DC.

MATERIALES

-Transformador 15-0-15

-Protoboard

-Resistencias

-Circuito integrado 7805

-Osciloscopio

-Puente de diodos

-Capacitadores

-Multímetro

FUNDAMENTO TEÓRICO Y PROCEDIMIENTO

Paso 1

Se diseñó una fuente regulada de voltaje DC, de la siguiente forma:


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Utilizando el transformador, el cual permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una

corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se

entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que

se obtiene a la salida) manteniendo la frecuencia (60 Hz).

Están basados en el principio de inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más

simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce. Estas bobinas o

devanados se denominan primarios y secundarios.

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, 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) .

Esta particularidad tiene su utilidad para el transporte de energía eléctrica a larga distancia,

al poder efectuarse el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades y por tanto pequeñas

pérdidas. Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del

primario, si aplicamos una tensión alterna de 230 Voltios en el primario, obtendremos 23000

Voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la

relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación

de vueltas del transformador o relación de transformación. Lo utilizamos para transformar una

corriente AC de 220 V a una corriente AC de 15 V, posteriormente el rectificador, el cual es el

elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se

realiza utilizando diodos rectificadores, ya sea semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío

o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.

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Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les

clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos

cuando se alimentan por tres fases.

Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un

interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales:

Ya que el rectificador se conecta después del transformador, entonces ingresa por él tensión

alterna y tendrá tensión continua a su salida, es decir, un polo positivo y otro negativo:

La tensión Vi es alterna y senoidal, esto quiere decir que a veces es positiva y otras negativa. En

un osciloscopio observaríamos la siguiente señal:

La tensión máxima a la que llega Vi se le llama tensión de pico y en la gráfica aparece como Vmax.

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Rectificador en puente: El rectificador más usado es el llamado rectificador en puente y es que el usaremos en nuestra

fuente, su esquema es el siguiente:

Cuando Vi es positiva los diodos D2 y D3 conducen, siendo la salida Vo igual que la entrada Vi

Cuando Vi es negativa los diodos D1 y D4 conducen, de tal forma que se invierte la tensión de

entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva.

El resultado es el siguiente:

Observamos en la figura que aún no se ha conseguido una tensión de salida estable, es por ello

que será necesario un filtro.

pasando luego al filtro pasa – baja, que evita el paso de los voltajes pequeños, dejando así un

factor de rizado (conseguir esto en nuestra fuente o inclusive menos sería lo ideal) yfinalmente un regulador de voltaje que haga que el voltaje de salida sea DC y se pueda variar su

valor con un potenciómetro.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Paso 2

Se procedió a montar una por una las etapas del diseño previsto, empezando por observar en el

osciloscopio la señal de salida del transformador 15-0-15, para un voltaje AC de entrada de 220 V,

resultando las siguientes gráficas en el osciloscopio:


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Donde cada cuadrado es 5 V, por lo que puede medirse una amplitud de 21.5 V, luego realizamos

la medición del voltaje eficaz con el multímetro, resultando un valor de 15.2 V, resultando

aproximadamente igual a la relación existente entre la amplitud máxima y el valor eficaz:

√

Posteriormente se procedió a colocar en la entrada del puente de diodos la salida del

transformador, para rectificar la señal, resultándonos lo siguiente en el osciloscopio:


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Observándose la señal rectificada comparada con la anterior señal, obteniéndose los siguientes

valores:

Se utilizó una resistencia de 1 k ohmio en el circuito para este paso.

Luego se procedió a colocar un filtro pasa-baja con un capacitor de 470 y una resistencia de 1 kohmio, observándose prácticamente una señal continua, siendo el rizado prácticamente

imperceptible, que es lo que se buscaba, obteniéndose un voltaje medido con el multímetro de

19.89 V.

Finalmente se procedió a colocar un circuito integrado 7805,(figura 1) para poder variar el voltaje

de salida y poder tener una señal continua eliminando por completo el rizado, obteniéndose lo

siguiente en el osciloscopio:

Para este paso se utilizó una resistencia = 300 ohmios y un potenciómetro de 1 k ohmio,obteniéndose al variar el potenciómetro un voltaje de salida máximo de 17.99 V y un voltaje

mínimo de 5.06 V.

Paso 3

Se evaluó la regulación de la fuente DC montada, tomándose medidas del rango de corriente parala fuente regulada, corriente máxima de salida y el correspondiente voltaje para carga máxima,

obteniéndose las siguientes medidas:

(Ohmios) 9.96 100 97.6


14/14

9.95 80 121.1

9.93 90 108.9

9.98 70 140.2

9.98 60 158.9

9.95 50 192.0

9.97 40 2309.94 30 310

8.99 10 870

8.50 8.3 970

Obteniéndose para el valor de el porcentaje de regulación, siendo este igual a 15.17%.

OBSERVACIONES Y DISCUSIONES

- El transformador 15-0-15 tiene ese nombre porque transforma los voltajes AC de 220 V a voltajes

AC de 15 V, (siendo 15 V el valor eficaz y no el de la amplitud máxima), experimentalmente

obtuvimos un valor de voltaje eficaz de 15.2 V, lo cual está dentro del rango de lo esperado.

- El puente de diodos sirvió para rectificar y eliminar los voltajes negativos de nuestra señal AC,

pero aún la señal era inestable, por lo que fue necesario agregar el filtro, el cual prácticamente no

tenía porcentaje de rizado, lo cual era bueno pues de ese modo la señal era más estable.

- El circuito regulador nos ayudó a tener una señal de salida estable y variable con el

potenciómetro en un rango de 5.06 V - 17.99 V. Logrando así montar una fuente de voltaje DC

regulado.

- En el paso 3, los valores medidos sirvieron para hallar el porcentaje de regulación de nuestra

fuente, del mismo modo que se halló en el experimento anterior, resultándonos ahora un valor de

15.17 %, nuestra fuente obtuvo un porcentaje de regulación bastante alto, esto debido a los

posibles errores de medición o en los materiales de trabajo pues al trabajar con corrientes tan

altas no se pudo esperar a que se estabilice la medida de corriente en el multímetro sin dañar

alguna resistecia.

CONCLUSIONES

- Cada parte del montaje de la fuente se aprendió en experiencias anteriores, de modo que ya se

conocía la función de cada parte, sólo era necesario comprobar experimentalmente si las medidas

eran correctas.

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