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LABORATORIO DE ELECTRÓNICA Nº 5
FUENTE DE PODER CON REGULADOR ZENER
OBJETIVOS:
Objetivo general:
Realizar un análisis detallado del rectificador de onda completa con filtro capacitivo y
del regulador con zener, utilizando el osciloscopio como herramienta fundamental para
llevar a cabo las mediciones.
Objetivos Específicos:










Obtener las características del rectificador puente de Graetz, tensiones,
corrientes y formas de onda relevantes para cargas resistivas puras.
Obtener la curva de regulación de una fuente de poder con filtro capacitivo y
evaluar su modificación utilizando un diodo Zener como regulador.
Diseñar una fuente regulada, que cumpla con las especificaciones dadas por el
usuario.
Fortalecer los conocimientos adquiridos en el curso de Electrónica Básica sobre
los fenómenos de rectificación, filtrado y regulación de una señal AC.
Aplicar los conocimientos teóricos
de las diversas configuraciones y
aplicaciones de los dispositivos electrónicos.
Adquirir destreza y habilidad para solucionar los diversos problemas que se
presenten a través de todas las fases de diseño, con el fin de desarrollar
soluciones que lleven al buen funcionamiento del circuito.
Implementar el circuito teniendo en cuenta los criterios de diseño.
Analizar los parámetros que permiten la mejor región de operación de los
dispositivos logrando mayor estabilidad, disminuyendo los cambios que pueda
sufrir el diseño.

MATERIALES:
•
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•
•
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•
•
•
•

1 Fuente de alimentación de CD
1 puente de Graetz de 1A
2 Resistores de 470Ω de 5W
1 Transformador de 110V a 9V de 1A.
Protoboard
Alambre
Lagartos
1 Osciloscopio
1 Punta Lógica.
1 diodo zener
1 capacitor
MARCO TEÓRICO:
Hoy en día los equipos electrónicos, en su mayoría, funcionan con corriente continua,
así, el dispositivo que convierte la corriente alterna a corriente continua, en los niveles
requeridos por el circuito electrónico a alimentar, se llama fuente de alimentación.
El esquema básico de una fuente de alimentación es el siguiente:

Transformador de entrada:
El trasformador de entrada reduce
la tensión de red a otra tensión
más adecuada para ser tratada.
Solo es capaz de trabajar con
corrientes alternas. Esto quiere
decir que la tensión de entrada
será alterna y la de salida
también.
Consta
de
dos
arrollamientos sobre un mismo
núcleo
de
hierro,
ambos
arrollamientos, primario y secundario, son completamente independientes y la energía
eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través
del núcleo.
La corriente que circula por el arrollamiento primario (el cual está conectado a la red)
genera una circulación de corriente magnética por el núcleo del transformador. Esta
corriente magnética será más fuerte cuantas más espiras (vueltas) tenga el arroyamiento
primario. Si se acerca un imán a un transformador en funcionamiento se notará que el
imán vibra, esto es debido a que la corriente magnética del núcleo es alterna, igual que
la corriente por los arrollamientos del transformador.
En el arroyamiento secundario ocurre el proceso inverso, la corriente magnética que
circula por el núcleo genera una tensión que será tanto mayor cuanto mayor sea el
número de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente magnética que circula
por el núcleo (la cual depende del número de espiras del primario).
Por lo tanto, la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de
espiras de primario y secundario.
Rectificador a diodos
El rectificador es el que se encarga de
convertir la tensión alterna que sale del
transformador en tensión continua. Para
ello se utilizan diodos. 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:
El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto le entra tensión alterna
y tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo:

Es tan común usar este tipo de rectificadores que se venden ya preparados los cuatro
diodos en un solo componente. Suele ser recomendable usar estos puentes
rectificadores, ocupan menos que poner los cuatro diodos y para corrientes grandes
vienen ya preparados para ser montados en un radiador. Este es el aspecto de la mayoría
de ellos:

Tienen cuatro terminales, dos para la entrada en alterna del transformador, uno la salida
positiva y otro la negativa o masa. Las marcas en el encapsulado suelen ser:




Para las entradas en alterna
Para la salida positiva
Para la salida negativa o masa.

El filtro:
La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un
ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para
caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la
mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante,
similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la
carga es necesario emplear un filtro.
El tipo más común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los
casos perfectamente válido. Sin embargo en algunos casos puede no ser suficiente y
tiene que utilizarse componentes adicionales.

El regulador:
Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de
proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos.
Regulador Zener
El voltaje inverso constante del diodo zener hace de él, un componente valioso para la
regulación del voltaje de salida contra ambas variaciones: la del voltaje de entrada
proveniente de una fuente de alimentación no regulada, o las variaciones de la
resistencia de carga. La corriente a través del zener, cambiará para mantener el voltaje
VZ dentro de los límites del umbral de la acción del zener, y de la máxima potencia que
puede disipar.
PRÁCTICA:
Señal de Entrada en el transformador

Señal Rectificada con puente de diodos y carga
Señal con filtro con capacitor y carga
Señal con regulador zener
CÁLCULOS Y RESULTADOS:
OBSERVACIONES:






Aunque algunos de los circuitos propuestos son bastante sencillos, hay que tener
cuidado con las conexiones de los componentes. En especial, cuiden la correcta
colocación de la polaridad de los condensadores electrolíticos. Estos están
formados en su interior por sustancias químicas, y pueden ser peligrosos si
explotan (no hay que tenerles miedo. Simplemente, hay que colocarlos
correctamente).
Vigilen la temperatura de los circuitos. Si el transformador se calienta
demasiado, desconecten la alimentación, al menos durante un rato. Si después se
sigue calentando en exceso, es que algo falla. Si se calienta algún componente
del circuito, quiten la alimentación. Posiblemente haya que cambiar el valor de
alguno de los elementos (resistencias de valor más alto).
No cortocircuiten la salida del transformador. Se puede quemar.

CONCLUSIONES:











El desarrollo de la fuente facilitocomprender el funcionamiento de cadauna de
los componentes y analizar elcomportamiento dependiente de la señalaplicada
entre sus terminales.
Todos los componentes desde el transformador hasta el filtro tienen una función
importante a la hora de elaborar una fuente de alimentación.
La fuente regulada se encarga de mantener un voltaje de salida regulado en un
rango de corrientes de carga.
La fuente se utiliza de acuerdo al uso final que van a tener, es decir, según los
requerimientos de estabilidad y rendimiento que tenga la carga a alimentar.
Una de las aplicaciones más importante, puede ser la de aplicar este sistema
como supresor de picos de voltaje, aprovechando las características del diodo
zener a los cambios bruscos de voltaje.
La funcionalidad del transformador comodispositivo reductor de las relaciones
devoltaje entre la entrada y la salida AC, elarreglo de diodos en puente
rectificador ysu funcionamiento en forma alternada delos diodos, el filtro del
rizado de la señalrectificada realizada por el capacitor queproporciona un nivel
DC constante y lafunción de regulación realizada por eldiodo zener, que
proporciona un valorconstante de voltaje DC
Los valores teóricos sustentan los valores obtenidos en el laboratorio.

RECOMENDACIONES:



Al recortar el circuito impreso de recomienda dejar cierto grado de margen para
que sea más fácil pasarlo a la placa de cobre.
Al utilizar el ácido Férrico se recomienda alejarse unos 15cms. del área en donde
se encuentra el recipiente con la placa para que no brinque ácido a los ojos ya
que puede tener severas consecuencias, además se recomienda detenerlo con
pinzas para no mancharse las manos.




Al momento de tener el circuito impreso en la placa, se recomienda verificar si
todas las pistas del mismo tienen continuidad, para ello se puede hacer uso de un
multímetro ya sea digital o analógico.
Se recomienda montar los componentes en Protoboard para verificar el
funcionamiento de la fuente de alimentación.

BIBLIOGRAFÍA:




http://www.tel.uva.es/personales/tri/pract2_FA0506.pdf



http://www.slideshare.net/GuillermoDavid27/savedfiles?s_title=fuente-dealimentacin-simtrica-regulada-y-variable&user_login=DulcitaUnique

http://www.slideshare.net/8rdvargas/pre-informe-1
http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/7881/mod_resource/content/1/Capitulo_3__Circuitos_con_diodos_Diodos_zener.pdf

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  • 1. LABORATORIO DE ELECTRÓNICA Nº 5 FUENTE DE PODER CON REGULADOR ZENER OBJETIVOS: Objetivo general: Realizar un análisis detallado del rectificador de onda completa con filtro capacitivo y del regulador con zener, utilizando el osciloscopio como herramienta fundamental para llevar a cabo las mediciones. Objetivos Específicos:         Obtener las características del rectificador puente de Graetz, tensiones, corrientes y formas de onda relevantes para cargas resistivas puras. Obtener la curva de regulación de una fuente de poder con filtro capacitivo y evaluar su modificación utilizando un diodo Zener como regulador. Diseñar una fuente regulada, que cumpla con las especificaciones dadas por el usuario. Fortalecer los conocimientos adquiridos en el curso de Electrónica Básica sobre los fenómenos de rectificación, filtrado y regulación de una señal AC. Aplicar los conocimientos teóricos de las diversas configuraciones y aplicaciones de los dispositivos electrónicos. Adquirir destreza y habilidad para solucionar los diversos problemas que se presenten a través de todas las fases de diseño, con el fin de desarrollar soluciones que lleven al buen funcionamiento del circuito. Implementar el circuito teniendo en cuenta los criterios de diseño. Analizar los parámetros que permiten la mejor región de operación de los dispositivos logrando mayor estabilidad, disminuyendo los cambios que pueda sufrir el diseño. MATERIALES: • • • • • • • • • • • 1 Fuente de alimentación de CD 1 puente de Graetz de 1A 2 Resistores de 470Ω de 5W 1 Transformador de 110V a 9V de 1A. Protoboard Alambre Lagartos 1 Osciloscopio 1 Punta Lógica. 1 diodo zener 1 capacitor
  • 2. MARCO TEÓRICO: Hoy en día los equipos electrónicos, en su mayoría, funcionan con corriente continua, así, el dispositivo que convierte la corriente alterna a corriente continua, en los niveles requeridos por el circuito electrónico a alimentar, se llama fuente de alimentación. El esquema básico de una fuente de alimentación es el siguiente: Transformador de entrada: El trasformador de entrada reduce la tensión de red a otra tensión más adecuada para ser tratada. Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas. Esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también. Consta de dos arrollamientos sobre un mismo núcleo de hierro, ambos arrollamientos, primario y secundario, son completamente independientes y la energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través del núcleo. La corriente que circula por el arrollamiento primario (el cual está conectado a la red) genera una circulación de corriente magnética por el núcleo del transformador. Esta corriente magnética será más fuerte cuantas más espiras (vueltas) tenga el arroyamiento primario. Si se acerca un imán a un transformador en funcionamiento se notará que el imán vibra, esto es debido a que la corriente magnética del núcleo es alterna, igual que la corriente por los arrollamientos del transformador. En el arroyamiento secundario ocurre el proceso inverso, la corriente magnética que circula por el núcleo genera una tensión que será tanto mayor cuanto mayor sea el número de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente magnética que circula por el núcleo (la cual depende del número de espiras del primario). Por lo tanto, la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de espiras de primario y secundario.
  • 3. Rectificador a diodos El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. 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: El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto le entra tensión alterna y tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo: Es tan común usar este tipo de rectificadores que se venden ya preparados los cuatro diodos en un solo componente. Suele ser recomendable usar estos puentes rectificadores, ocupan menos que poner los cuatro diodos y para corrientes grandes vienen ya preparados para ser montados en un radiador. Este es el aspecto de la mayoría de ellos: Tienen cuatro terminales, dos para la entrada en alterna del transformador, uno la salida positiva y otro la negativa o masa. Las marcas en el encapsulado suelen ser:    Para las entradas en alterna Para la salida positiva Para la salida negativa o masa. El filtro: La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante,
  • 4. similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro. El tipo más común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los casos perfectamente válido. Sin embargo en algunos casos puede no ser suficiente y tiene que utilizarse componentes adicionales. El regulador: Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos. Regulador Zener El voltaje inverso constante del diodo zener hace de él, un componente valioso para la regulación del voltaje de salida contra ambas variaciones: la del voltaje de entrada proveniente de una fuente de alimentación no regulada, o las variaciones de la resistencia de carga. La corriente a través del zener, cambiará para mantener el voltaje VZ dentro de los límites del umbral de la acción del zener, y de la máxima potencia que puede disipar.
  • 5. PRÁCTICA: Señal de Entrada en el transformador Señal Rectificada con puente de diodos y carga
  • 6. Señal con filtro con capacitor y carga
  • 9. OBSERVACIONES:    Aunque algunos de los circuitos propuestos son bastante sencillos, hay que tener cuidado con las conexiones de los componentes. En especial, cuiden la correcta colocación de la polaridad de los condensadores electrolíticos. Estos están formados en su interior por sustancias químicas, y pueden ser peligrosos si explotan (no hay que tenerles miedo. Simplemente, hay que colocarlos correctamente). Vigilen la temperatura de los circuitos. Si el transformador se calienta demasiado, desconecten la alimentación, al menos durante un rato. Si después se sigue calentando en exceso, es que algo falla. Si se calienta algún componente del circuito, quiten la alimentación. Posiblemente haya que cambiar el valor de alguno de los elementos (resistencias de valor más alto). No cortocircuiten la salida del transformador. Se puede quemar. CONCLUSIONES:        El desarrollo de la fuente facilitocomprender el funcionamiento de cadauna de los componentes y analizar elcomportamiento dependiente de la señalaplicada entre sus terminales. Todos los componentes desde el transformador hasta el filtro tienen una función importante a la hora de elaborar una fuente de alimentación. La fuente regulada se encarga de mantener un voltaje de salida regulado en un rango de corrientes de carga. La fuente se utiliza de acuerdo al uso final que van a tener, es decir, según los requerimientos de estabilidad y rendimiento que tenga la carga a alimentar. Una de las aplicaciones más importante, puede ser la de aplicar este sistema como supresor de picos de voltaje, aprovechando las características del diodo zener a los cambios bruscos de voltaje. La funcionalidad del transformador comodispositivo reductor de las relaciones devoltaje entre la entrada y la salida AC, elarreglo de diodos en puente rectificador ysu funcionamiento en forma alternada delos diodos, el filtro del rizado de la señalrectificada realizada por el capacitor queproporciona un nivel DC constante y lafunción de regulación realizada por eldiodo zener, que proporciona un valorconstante de voltaje DC Los valores teóricos sustentan los valores obtenidos en el laboratorio. RECOMENDACIONES:   Al recortar el circuito impreso de recomienda dejar cierto grado de margen para que sea más fácil pasarlo a la placa de cobre. Al utilizar el ácido Férrico se recomienda alejarse unos 15cms. del área en donde se encuentra el recipiente con la placa para que no brinque ácido a los ojos ya que puede tener severas consecuencias, además se recomienda detenerlo con pinzas para no mancharse las manos.
  • 10.   Al momento de tener el circuito impreso en la placa, se recomienda verificar si todas las pistas del mismo tienen continuidad, para ello se puede hacer uso de un multímetro ya sea digital o analógico. Se recomienda montar los componentes en Protoboard para verificar el funcionamiento de la fuente de alimentación. BIBLIOGRAFÍA:    http://www.tel.uva.es/personales/tri/pract2_FA0506.pdf  http://www.slideshare.net/GuillermoDavid27/savedfiles?s_title=fuente-dealimentacin-simtrica-regulada-y-variable&user_login=DulcitaUnique http://www.slideshare.net/8rdvargas/pre-informe-1 http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/7881/mod_resource/content/1/Capitulo_3__Circuitos_con_diodos_Diodos_zener.pdf