FUENTE DE ALIMENTACIÓN DE +5, +12 Y -12 V DC

Armando Enríquez Danny Steven Torres Darling Valencia

Edgar Robert Rincón

Universidad Del Pacífico 27 De Noviembre De 2013

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I. RESUMEN

El presente informe contiene el proceso de diseño y fabricación de una fuente fija de voltaje de +5V, +12V y -12V que podrá ser utilizada posteriormente como fuente de alimentación para kits y experimentos que se deseen realizar evitando así el uso de pilas o baterías que se desgastan rápidamente.

II. MATERIALES

Para desarrollar el proyecto se utilizaron los materiales mostrados en la siguiente tabla, la cual describe la cantidad y el precio de cada uno de ellos:

CANTIDAD MATERIAL COSTO UNITARIO COSTO TOTAL1 Transformador110V AC/ 12

0 12V AC$12.000 $12.000

2 Capacitores electrolíticos 2200uF

$1.200 $2.400

3 Capacitores cerámicos 0.1uF

$200 $600

1 Puente rectificador KBL06 $1.000 $1.0001 Regulador de Tensión 7805 $1.000 $1.0001 Regulador de Tensión 7812 $1.000 $1.0001 Regulador de Tensión 7912 $1.200 $1..2002 Conector de Tornillo de 2

pines$600 $1.200

1 Conector de Tornillo de 3 pines

$800 $800

1 Plaqueta virgen $2.400 $2.4001 Chasis metálico $13.500 $13.5004 Patas de Caucho $200 $8006 Tornillos $200 $1.2001 Cable de potencia $3.600 $3.6002 Juego de Borneras $900 $1.8001 Fusible 1ª $600 $6001 Porta Fusible $1.000 $1.0001 Interruptor $1.700 $1.7001 Regleta Pines Hembra $1.000 $1.000

TOTAL $48.800Tabla 1. Materiales utilizados y sus respectivos costos

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III. INTRODUCCIÓN

Existen diversas formas para implementar una fuente de voltaje, la que se llevó a cabo en este proyecto es una fuente fija que permite una alimentar otros experimentos con 5V, 12V y -12V DC. A continuación se muestra el diagrama electrónico que compone la fuente implementada.

Figura 1. Diagrama eléctrico fuente fija de 5, 12 y -12 V DC

En la Figura 1 se puede observar el funcionamiento de la fuente, en la cual se conecta un transformador a un cable de potencia por un lado y por el otro alimenta un puente rectificador que convierte la señal AC en DC, esta señal llega hasta los capacitores que tienen como fin mejorar la calidad del voltaje que les llega desde el puente rectificador para así alimentar los reguladores de voltaje que fijan el valor en 12V (7812) y -12V (7912) respectivamente. De los 12 V positivos se alimenta el regulador de 5V (7805) y de la salida de cada uno de ellos se obtienen los voltajes antes mencionados.

Para ubicar adecuadamente los integrados que componen el circuito impreso, es necesario buscar el Datasheet de cada uno de ellos.

Reguladores de Tensión 7805 y7812: Cuentan con 3 pines correspondientes a Vinput (Voltaje con que se alimenta), Gnd (tierra) y VOutput (Voltaje regulado). Ver Figura 2.

Figura 2. Representación de Reguladores de tensión 78XX.

Estos elementos tienen una serie de parámetros que se deben tener en cuenta al momento de su uso, en la Figura 3 se muestran los rangos máximos permitidos, los cuales si se exceden, no se garantiza el buen funcionamiento del integrado.

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Figura 3. Características eléctricas de Reguladores de tensión positiva (rangos máximos permitidos)

Regulador de Tensión 7912: Cuenta con 3 pines correspondientes a Gnd (tierra), Vinput (Voltaje con que se alimenta) y VOutput (Voltaje regulado). Se diferencia de los anteriores básicamente en el órden de los pines. ver Figura 4.

Figura 4. Representación de Reguladores de Tensión 79XX

Figura 5. Características eléctricas de Reguladores de tensión negativa (rangos máximos permitidos)

Puente Rectificador KBL06: Este integrado contiene internamente cuatro diodos conectados de la forma que se muestra en el diagrama (Figura 1). está compuesto por cuatro pines de los cuales los de los dos extremos corresponden al voltaje rectificado uno positivo y otro negativo y los pines del centro corresponden a la señal AC que viene del transformador. ver Figura 6.

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Figura 6. Representación del Puente rectificador KBL06

Figura 7. Características eléctricas del Puente Rectificador KBL06

Para mayor información sobre los integrados antes mencionados revisar los anexos.

IV. DESARROLLO

Inicialmente por medio del programa Eagle, se hizo el esquema del diagrama mostrado en la Figura 1. Posteriormente se generó la forma de las pistas de conexión más adecuadas que debía tener el circuito para finalmente imprimirlo en la plaqueta virgen mediante la máquina ruteadora.

Figura 8. Implementación del Diagrama del circuito en el programa Eagle

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Figura 9. Pistas de conexión generadas por el programa Eagle

Figura 10. Máquina ruteadora generado la plaqueta diseñada

Figura 11. Plaqueta lista

Figura 12. Ubicación y soldadura de los integrados

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En la figura 12 se puede observar la ubicación de los elementos, para su posterior soldadura. Se inició soldando los pines hembra (que sirven como base para los reguladores de voltaje), luego se soldaron los conectores de tornillo de 3 pines para la señal AC de entrada y los de 2 pines unidos para la señal DC de salida, posteriormente se soldaron los capacitores electrolíticos y el puente rectificador. Finalmente se ubicaron los reguladores de voltaje y los capacitores cerámicos en sus respectivas bases.

Figura 13. Verificación de continuidad en las pistas

En la figura 13 se puede observar la verificación de continuidad en las pistas de conexión, esto se hace con el fin de verificar que al soldar no se hayan formado puentes indebidos por causa de los puntos de soldadura.

Figura 14. Conexión de la plaqueta al transformador

En la figura 14 se puede observar la conexión del transformador a la plaqueta mediante los conectores de tornillo de tres pines, donde el cable del centro (negro) corresponde a tierra y los extremos (azules) a la señal AC que éste genera.

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Figura 15. Verificación de los voltajes de salida de la fuente 12V, -12V y 5V DC respectivamente.

En la figura 15 se observa el correcto funcionamiento del montaje en plaqueta de la fuente diseñada, para hacer las respectivas mediciones se ubica una punta (negra) del multímetro en la salida correpondiente a tierra y la otra punta (roja) en cada una de las otras salidas.

Figura 16. Ubicación de la fuente dentro del chasis

En la figura 16 se observa la ubicación de los componentes de la fuente en el chasis donde se realizó la conexión del fusible y el interruptor al resto del circuito de la siguiente manera: se hace una conexión del cable de potencia al fusible, del fusible al interruptor, del interruptor al transformador junto con la otra parte del cable de potencia y el otro cable del transformador al neutro del interruptor. Esto con el fin de garantizar mayor seguridad en la fuente.

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V. RESULTADOS

Figura 17. Fuente de voltaje terminada.

En la figura 18 se puede observar como quedó el montaje final de la fuente diseñada, la cual cuenta con cuatro borneras de conexión (para los voltajes de salida y tierra) y un interruptor On/Off en la parte frontal. En la parte posterior se observa el portafusible y el cable de potencia.

VI. CONCLUSIONES

Implementar una fuente fija de voltaje es algo sencillo, pero a su vez es trabajo de mucho cuidado pues se debe hacer un seguimiento exacto al diagrama eléctrico, el cual permite una fácil comprensión del funcionamiento de la misma.

Para obtener un resultado favorable y evitar cortos, es muy importante tener en cuenta la ubicación y la polaridad de los integrados dentro del circuito.

La efectividad de la fuente, depende mucho de sus componentes pues éstos presentan variedad en su funcionamiento debido a que existen diferentes fabricantes, dicha variedad se ve reflejada en la medición final.

Cuando se trabaja con señal AC proveniente de la red eléctrica es ideal utilizar un fusible para proteger el resto del circuito ante una posible fluctuación en la red eléctrica.

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VII. BIBLIOGRAFÍA

Datasheet LM78XX tomado de: http://www.fairchildsemi.com/ds/LM/LM7805.pdf

Datasheet LM79XX tomado de: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/nationalsemiconductor/LM7912.pdf

Datasheet KBL06 tomado de: http://pdf.datasheetcatalog.net/datasheet/fairchild/KBL06.pdf