Diagrama de Bloques

• Transformación: Esta etapa esta encargada de reducir un voltaje AC de la red general

de 120V – 60 Hz, a un voltaje AC mas bajo necesario para la operación de la fuente DC.

Esta conformado por un transformador reductor 120/24V.

• Rectificación: Esta etapa esta encargada de transformar la onda AC reducida

proveniente de la etapa de transformación en una onda completa DC sin filtrado. Esta

conformado por un puente de diodo.

• Filtrador-Estabilizador: Esta etapa esta encargada de modificar la onda completa DC

proveniente de la rectificación en un voltaje DC impuro y luego estabilizarlo a un voltaje

DC estable y continuo. El filtrado esta conformado por un condensador y el estabilizador

por un diodo zener con un resistencia de protección entre el condensador y el zener.

• Variador de Voltaje: Esta etapa tiene como función principal poder ajustar el voltaje

fijo en los terminales del diodo zener y así hacer la fuente DC de salida fija en una

fuente DC de salida variable entre el rango de 0 a 20V. Esta conformado por un

potenciómetro de alta impedancia que actúa como carga en los terminales del diodo

zener y el cual se conecta a la base del primer transistor BJT de una configuración

Darlington en el cual al emisor del segundo transistor se conecta una resistencia mayor

que la de carga.

Transformación RectificaciónVariador

DeVoltaje

Fuente AC120 V

Filtrador-Estabilizador

DC

Voltaje DCAjustable

Resumen Teórico:

Transistor BJT: El transistor de unión bipolar es un dispositivo electrónico de estado

solido, consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la

corriente a través de sus terminales.

Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y se usan generalmente en

electrónica analógica aunque también en algunas aplicaciones de electrónica digital.

Un transistor de unión bipolar está formado por dos uniones PN en un solo cristal

semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres

regiones:

• Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose

como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores

de carga.

• Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.

• Colector, de extensión mucho mayor.

Eficiencia de un BJT: Una forma de medir la eficiencia del BJT es a través de la proporción

de electrones capaces de cruzar la base y alcanzar el colector. El alto dopaje de la región del emisor

y el bajo dopaje de la región de la base pueden causar que muchos más electrones sean inyectados

desde el emisor hacia la base que huecos desde la base hacia el emisor. La ganancia de corriente

emisor común está representada por βF o por hfe. Esto es aproximadamente la tasa de corriente

continua de colector a la corriente continua de la base en la región activa directa y es típicamente

mayor a 100. Otro parámetro importante es la ganancia de corriente base común, αF. La ganancia de

corriente base común es aproximadamente la ganancia de corriente desde emisor a colector en la

región activa directa. Esta tasa usualmente tiene un valor cercano a la unidad; que oscila entre 0.98

y 0.998. El Alfa y Beta están más precisamente determinados por las siguientes relaciones (para un

transistor NPN):

Tipos de BJT:

• NPN: Es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se

refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del

transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que

la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores,

permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación.

La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la

dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en

funcionamiento activo.

• PNP: El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N"

refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos

transistores usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor

desempeño en la mayoría de las circunstancias.

La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la

que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.

Configuración Darlintong: El transistor Darlington es un dispositivo semiconductor que

combina dos transistores bipolares.

Esta configuración sirve para que el dispositivo sea capaz de proporcionar una gran ganancia

de corriente (parámetro β del transistor) y, al poder estar todo integrado, requiere menos espacio que

dos transistores normales en la misma configuración. La ganancia total del Darlington es el

producto de la ganancia de los transistores individuales.

La tensión base-emisor también es mayor, siendo la suma de ambas tensiones base-emisor, y

para transistores de silicio es superior a 1.2V. La beta de un transistor o par darlington se halla

multiplicando las de los transistores individuales. la intensidad del colector se halla multiplicando la

intensidad de la base por la beta total.

Si β1 y β2 son suficientemente grandes, se da que:

Un inconveniente es la duplicación aproximada de la base-emisor de tensión. Ya que hay dos

uniones entre la base y emisor de los transistores Darlington, el voltaje base-emisor equivalente es

la suma de ambas tensiones base-emisor:

Cálculos de Diseño:

Esquemático del circuito:

Calculo del diodo zener:

Vz ≥ VL + 2 Vbe ; considerando transistores de silicio

Vz ≥ 20 + 2 x 0.7 → Vz ≈ 22 V

Asumiendo una Iz = 25 mA → Pz > 22 x 25e-3 → Pz > 0.55 W

El potenciómetro Rv = 20 KΩ → IRV = 22V / 20 KΩ = 1.1 mA

IRP = IRV + Iz = ( 1.1 + 25 ) mA → IRP = 26.1 mA

Calculo del Condensador:

Vc > Vz → Vc = 1.5 x Vz → Vc = 33 V

Ic = IL + IRP → Ic = 4A + 26.1 mA → Ic = 4.0261 A

C >> Ic / [4 x F x (Vc – Vz)] → C >> 4.0261 / [4 x 60 x ( 33 – 22 )]

C >> 1.525 mF → C = 20 mF

Calculo de RP:

RP = ( Vc – Vz ) / IRP = ( 33 – 22 ) / 26.1e-3 → RP = 421 Ω

PRP = ( 26.1e-3)2 x 421 → PRP = 0.286 W

Calculo del Transformador:

VTPICO = Vc + 2 VD ; considerando diodos de silicio

VTPICO = 33 + 2 x0.7 → VTPICO = 34.4 V

VTNOMINAL = 34.4 / 1.4142 → VTNOMINAL = 24 V

Calculo del Transistor 1:

Vce ≥ 33 V ; Icolector = IL / hfe1 = 4 / 100 = 40 mA

PTR1 = 33 x 40e-3 → PTR1 = 1.32 W

Calculo del Transistor 2:

Vce ≥ 33 V ; Icolector ≈ IL = 4 A

PTR2 = 33 x 4 → PTR2 = 132 W

Calculo del Re:

Re = VL / IRe ; IRE <<< IL ; IRe = 10 mA

Re = 20 / 10e-3 → Re = 2 KΩ

PRE = 20 x 10e-3 → PRE = 0.2 W

Lista de Materiales:

- Transformador: Monofásico reductor sin toma central.

120 / 24 V ; 5 A

- Puente de Diodos: Conformado por 4 diodos rectificadores.

Modelo Comercial: 1N4002

- Condensador: De tipo electrolítico.

20 mF ; 50 V

- Transistores: Transistor 1 genérico y Transistor 2 de potencia.

Modelo Comercial:

Transistor 1 : 2N3904

Transistor 2 : 2N3055

- Diodo Zener: De 22 V y potencia mayor de 0.55 W.

Modelo Comercial: 1N5358

- Resistencias:

Rp = 421 Ω a ½ vatios

Re = 2 KΩ a ½ vatios

Rv = Potenciómetro de 20 KΩ

Comprobación del Funcionamiento:

Como el proyecto solo abarca el diseño y no la realización física solo se comprobó mediante

simulación en Proteus ISIS:

Esquema Circuital de cada Bloque:

- Transformación:

- Rectificación:

- Filtrador-Estabilizador:

- Variador de Voltaje:

Recomendaciones:

Al momento de realizar el proyecto en físico se recomienda lo siguiente:

• Hacer el montaje de este en un Protoboard y realizarles pruebas en un laboratorio equipo

con instrumentos de medida como voltímetros, amperímetro y osciloscopio verificando el

correcto funcionamiento de cada una de las etapas del sistema.

• Una vez comprobado el correcto funcionamiento se recomienda realizar el diseño del

circuito impreso PCB que permita sostener mecánicamente y conectar eléctricamente los

componentes electrónicos para un uso continuo de la fuente. El circuito impreso se puede

diseñar en software como ARES de Proteus o PCB Wizard de Live wire.

• Se recomienda conectarles disipador de calor a los transistores para así tener un

funcionamiento mas eficaz de la fuente durante tiempos muy prolongados

• Se recomienda conectarles fusibles de protección a la fuente.

• Se recomienda si así se desea para obtener una fuente mas manejable el diseño de un simple

voltímetro analógico DC el cual permitirá observa la salida de la fuente sin la necesitar de

estar testeando sus terminales de salida a la hora de su utilización.

• Se recomienda no conectarle a la fuente una resistencia de carga menor de 5 ohm ya que

sobrepasaría la potencia de esta.