¿Qué es un circuito y por qué necesitamos construir un circuito?

Antes de entrar en detalles sobre cómo se diseña un circuito, primero déjenos saber qué es un circuito y por qué necesitamos construir un circuito.

Un circuito es cualquier bucle a través del cual se transporta materia. Para un circuito electrónico, la materia transportada es la carga por la electrónica y la fuente de estos electrones es el terminal positivo de la fuente de voltaje. Cuando esta carga fluye desde el terminal positivo, a través del bucle, y llega al terminal negativo, se dice que el circuito está completo. Sin embargo, este circuito consta de varios componentes que afectan el flujo de carga de muchas formas. Algunos pueden constituir un obstáculo para el flujo de carga, algunos simplemente almacenan o disipan la carga. Algunos requieren una fuente externa de energía, otros suministran energía.

Puede haber muchas razones por las que necesitamos construir un circuito. A veces, es posible que necesitemos encender una lámpara, hacer funcionar un motor, etc. Todos estos dispositivos: una lámpara, un motor, LED son lo que llamamos cargas. Cada carga requiere una determinada corriente o voltaje para iniciar su funcionamiento. Este voltaje puede ser un voltaje de CC constante o un voltaje de CA. Sin embargo, no es posible construir un circuito solo con una fuente y una carga. Necesitamos algunos componentes más que ayuden en el flujo adecuado de carga y procesen la carga suministrada por la fuente de manera que una cantidad adecuada de carga fluya hacia la carga.

Un ejemplo básico: fuente de alimentación de CC regulada para ejecutar un LED

Veamos un ejemplo básico y las reglas paso a paso en la construcción del circuito.

Planteamiento del problema : Diseñe una fuente de alimentación de CC regulada de 5 V que pueda usarse para hacer funcionar un LED, usando voltaje de CA como entrada.

Solución : Todos deben conocer la fuente de alimentación de CC regulada. Si no es así, déjame darte una breve idea. La mayoría de los circuitos o dispositivos electrónicos requieren una tensión CC para su funcionamiento. Podemos usar baterías simples para proporcionar el voltaje, pero el mayor problema con las baterías es su vida limitada. Por esta razón, la única forma que tenemos es convertir el suministro de voltaje de CA en nuestros hogares al voltaje de CC requerido.

Todo lo que necesitamos es convertir este voltaje CA en voltaje CC. Pero no es tan simple como parece. Entonces, tengamos una breve idea teórica sobre cómo el voltaje de CA se convierte en voltaje de CC regulado.

Diagrama de bloques por ElProCus

La teoría detrás del circuito

El voltaje de CA del suministro a 230 V se reduce primero a CA de bajo voltaje mediante un transformador reductor. Un transformador es un dispositivo con dos devanados, primario y secundario, en el que la tensión aplicada a través del devanado primario aparece a través del devanado secundario en virtud del acoplamiento inductivo. Dado que la bobina secundaria tiene un número menor de vueltas, el voltaje en el secundario es menor que el voltaje en el primario para un transformador reductor.
Este bajo voltaje de CA se convierte en voltaje de CC pulsante utilizando un puente rectificador. Un puente rectificador es una disposición de 4 diodos colocados en forma de puente, de manera que el ánodo de un diodo y el cátodo de otro diodo están conectados al terminal positivo de la fuente de voltaje y de la misma manera el ánodo y el cátodo de otros dos diodos están conectados. conectado al terminal negativo de la fuente de voltaje. Además, los cátodos de dos diodos están conectados a la polaridad positiva del voltaje y el ánodo de dos diodos está conectado a la polaridad negativa del voltaje de salida. Para cada medio ciclo, el par opuesto de diodos conduce y se obtiene voltaje de CC pulsante a través de los rectificadores de puente.
La tensión continua pulsante así obtenida contiene ondulaciones en forma de tensión alterna. Para eliminar estas ondulaciones se necesita un filtro que filtre las ondulaciones del voltaje de CC. Se coloca un capacitor en paralelo a la salida de manera que el capacitor (debido a su impedancia) permite que las señales de CA de alta frecuencia pasen y se desvíen al suelo y se bloquee la señal de CC o de baja frecuencia. Por tanto, el condensador actúa como un filtro de paso bajo.
La salida producida por un filtro de condensador es el voltaje de CC no regulado. Para producir una tensión CC regulada se utiliza un regulador que desarrolla una tensión CC constante.

Así que ahora vamos a diseñar un circuito de fuente de alimentación regulado de CA-CC simple para impulsar un LED.

Pasos para construir el circuito

Paso 1: Diseño de circuitos

Para diseñar un circuito, necesitamos tener una idea de los valores de cada componente requeridos en el circuito. Veamos ahora cómo estamos diseñando un circuito de alimentación de CC regulado.

“que es una placa de desarrollo ”

1. Decida el regulador que se utilizará y su voltaje de entrada.

Aquí requerimos tener un voltaje constante de 5V a 20mA con la polaridad positiva del voltaje de salida. Por esta razón, necesitamos un regulador que proporcione una salida de 5V. Una opción ideal y eficiente sería el regulador IC LM7805. Nuestro siguiente requisito es calcular el requisito de voltaje de entrada para el regulador. Para un regulador, el voltaje de entrada mínimo debe ser el voltaje de salida agregado por un valor de tres. En ese caso, aquí para tener un voltaje de 5V, necesitamos un voltaje de entrada mínimo de 8V. Establezcamos entrada de 12V.

7805 regulador por Flickr

2. Decidir el transformador que se utilizará

Ahora, el voltaje no regulado producido es un voltaje de 12V. Este es el valor RMS del voltaje secundario requerido para un transformador. Dado que el voltaje primario es 230V RMS, al calcular la relación de vueltas, obtenemos un valor de 19. Por lo tanto, tenemos que obtener un transformador con 230V / 12V, es decir, un transformador de 12V, 20mA.

“cómo construir un inversor de energía desde cero ”

Transformador reductor por Wiki

3. Decidir el valor del condensador del filtro

El valor del condensador del filtro depende de la cantidad de corriente consumida por la carga, la corriente de reposo (corriente ideal) del regulador, la cantidad de ondulación permitida en la salida de CC y el período.

Para que la tensión máxima en el primario del transformador sea de 17 V (12 * sqrt2) y la caída total en los diodos sea (2 * 0,7 V) 1,4 V, la tensión máxima en el condensador es de aproximadamente 15 V aproximadamente. Podemos calcular la cantidad de ondulación permitida mediante la siguiente fórmula:

∆V = VpeakCap- Vmin

Según lo calculado, Vpeakcap = 15V y Vmin es la entrada de voltaje mínimo para el regulador. Por tanto, ∆V es (15-7) = 8V.

Ahora, capacitancia, C = (I * ∆t) / ∆V,

Ahora, soy la suma de la corriente de carga más la corriente de reposo del regulador e I = 24mA (la corriente de reposo es de aproximadamente 4mA y la corriente de carga es de 20mA). También ∆t = 1 / 100Hz = 10ms. El valor de ∆t depende de la frecuencia de la señal de entrada y aquí la frecuencia de entrada es 50Hz.

Sustituyendo así todos los valores, el valor de C llega a ser de alrededor de 30microFaradios. Entonces, seleccionemos un valor de 20microFaradio.

Un condensador de electrolito por Wiki

4. Decida el PIV (voltaje inverso de pico) de los diodos que se utilizará.

Dado que el voltaje máximo en el secundario del transformador es de 17 V, el PIV total del puente de diodos es de aproximadamente (4 * 17), es decir, 68 V. Así que tenemos que conformarnos con diodos con una clasificación PIV de 100V cada uno. Recuerde que PIV es el voltaje máximo que se puede aplicar al diodo en su condición de polarización inversa, sin causar avería.

PN Diodo de unión por Nojavanha

“diferencia entre generador y motor ”

Paso 2. Dibujo y simulación de circuitos

Ahora que tiene la idea de los valores para cada componente y el diagrama de circuito completo, empecemos a dibujar el circuito usando un software de construcción de circuitos y simularlo.

Aquí nuestra elección del software es Multisim.

Ventana multisim

A continuación se muestran los pasos dados para dibujar un circuito usando Multisim y simularlo.

En su panel de Windows, haga clic en el siguiente enlace: Inicio >>> Programas -> Nacional -> Instrumentos -> Conjunto de diseño de circuitos 11.0 -> multisim 11.0.
Aparece una ventana de software multisim con una barra de menú y un espacio en blanco que se asemeja a un tablero, para dibujar el circuito.
En la barra de menú, seleccione lugar -> componentes
Aparece una ventana con el título 'seleccionar los componentes'
Bajo el título 'Base de datos', seleccione 'Base de datos maestra' en el menú desplegable.
Bajo el encabezado 'grupo', seleccione el grupo requerido. Si desea optar por una fuente de voltaje o corriente o tierra. Si desea optar por cualquier componente básico como una resistencia, un condensador, etc. Aquí primero tenemos que colocar la fuente de alimentación de CA de entrada, por lo tanto, seleccione Fuente -> Fuentes de energía -> AC_power. Una vez colocado el componente (haciendo clic en el botón 'Aceptar'), establezca el valor del voltaje RMS en 230 V y la frecuencia en 50 Hz.
Ahora nuevamente debajo de la ventana de componentes, seleccione básico, luego transformador, luego seleccione TS_ideal. Para un transformador ideal, la inductancia de ambas bobinas es la misma, para lograr la salida tenemos que cambiar la inductancia de la bobina secundaria. Ahora sabemos que la relación de la inductancia de las bobinas del transformador es igual al cuadrado de la relación de vueltas. Dado que la relación de vueltas requerida en este caso es 19, tenemos que establecer la inductancia de la bobina secundaria en 0,27 mH. (La inductancia de la bobina primaria es de 100 mH).
Debajo de la ventana de componentes, seleccione básico, luego diodos, y luego seleccione el diodo IN4003. Seleccione 4 de estos diodos y colóquelos en una disposición de puente rectificador.
Debajo de las ventanas de componentes, seleccione básico, luego Cap _Electrolytic y seleccione el valor del capacitor para que sea 20microFarad.
Debajo de la ventana de componentes, seleccione potencia, luego Voltage_ Regulator, y luego seleccione 'LM7805' en el menú desplegable.
Debajo de la ventana de componentes, seleccione diodos, luego seleccione LED y en el menú desplegable, seleccione LED_green.
Usando el mismo procedimiento, seleccione una resistencia con el valor de 100 ohmios.
Ahora que tenemos todos los componentes y tenemos una idea sobre el diagrama del circuito, empecemos a dibujar el diagrama del circuito en la plataforma multi-sim.
Para dibujar el circuito, tenemos que hacer las conexiones adecuadas entre los componentes mediante cables. Para seleccionar cables, vaya a Colocar, luego cable. Recuerde conectar los componentes solo cuando aparezca un punto de unión. En multisim, los cables de conexión se indican con color rojo.
Para obtener una indicación del voltaje en la salida, siga los pasos dados. Vaya a Lugar, luego 'Componentes', luego 'indicador', luego 'Voltímetro', luego seleccione el primer componente.
Ahora su circuito está listo para ser simulado.
Ahora haga clic en 'Simular' y luego seleccione 'Ejecutar'.
Ahora puede ver que el LED en la salida parpadea, lo que se indica mediante flechas que se vuelven de color verde.
Puede verificar si está obteniendo el valor correcto de voltaje en cada componente colocando un voltímetro en paralelo.

Un diagrama de circuito simulado completo de ElProCus

Ahora tiene una idea sobre cómo diseñar una fuente de alimentación regulada para cargas que requieren un voltaje de CC constante, pero ¿qué pasa con las cargas que requieren un voltaje de CC variable? Os dejo con esta tarea. Además, cualquier consulta sobre este concepto o eléctrica y proyectos de electrónica Proporcione sus ideas en la sección de comentarios a continuación.

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