VE CORRTENTE VE CORTOCrRculTOy OOLTAJES REGULAVOS FTJOS VE+

J

' I

FUENJE

VE ALTMENTACfON CON LTMITACTON

VE

CORRTENTE VE CORTOCrRculTO

y

OOLTAJES REGULAVOS

FTJOS

VE

+

12V,

-

12V,

+

l W , y

-

1W.

"

Lad

e s p e c i w n e a

_necesahías

paha

e6.te

pwyecto

e~

de

que

¿e

cuente

con

c2

heApaedo

de v o h j e

de

-

+

1ZV

y

-

+

78V

con

una

COWL¿%

t e

nirAnia

de 75

mA

enthe

0.h1.6.

. .

. ..

..

.

'. .

- <

.

.,

.-

.Juan

C a d o ¿

E6&ada

Gahda

SISTEMA DE AISLAMIENTO.

La seguridad que se le debe brindar al paciente es crucial, por lo

-

que es importante al efectuar cuarqufer tipo de medición o detección de

-

señales bioelectricas que se cuente con un adecuado sistema de aislamiento ya que los efectos de la corrienti: eléctrica sobre las personas puede ser causa de lamentables cosecuencias.

EFECTO DE LA CORRIENTE ELECTRICA SOBRE LAS PERSONAS

Según su magnitud.- La reacción fisiologica de un hombre que tiene aplicada una corriente alterna de uno a otro extremo de sus brazos, pasan- do

por

el pecho y en contacto externo con la piel se ilustra en la figura, se hace notar que los valores para las mujeres es del 30% menores,

Fig:

1

EFECTO DE LA CORRIENTE ALTERNA ELECTRICA SOBRE EL

CUERPO

HUbüitK~

-

Q

-

Segan su localización interna

o

externa."

La.

sensibilidad externa de

l a piel es muy grande comparada con

la

sensibilidad I(iterior, de aqui que la corriente que pueda fluir en la proximidad del corazón caussria un

pa-

ro cardiac0 con

solo

20 microamperes. Este valor

es

mil veces menor que

la

sensibilidad exterior de extremo a extremo del cuerpo humano.

Según la duración.- La relación corriente-tiempo

es

determinante, se

ha calculado que entre t4

y 17

Watts

por

segundo, puede causar fibrilaclón. Se ha considerado el valor de la resistencis del cuerpo, de extremg

a

ey-

tremo

,

a un valor de 500 ohms,

> .

%fun su frecuencia." Cuando l a frecuencia se eleva

a mas

de 1

Khz,,

la sensibil idad decae reapidamente,

por

eJemplo corrientes de radiofre-- cuencia de 2 flhr

y

1

Kw

de instrumentos como electrocauterios, son inof- sivas para el corazbn

y

sin sensación para el paciente.

. .

- -

CARACTERISTICAS DE UN TRANSFORMADOR DE AlSüAfliENTO

En un transformador de aislamiento, el secundario no tiene alguna

-

coneccibn fisica con

el

primario del mismo.

Por tanto si una persona esta conectada a tierra y toca la linea ( I ) tal como se muestra en la figura

,

no circulara corriente a travez de 61 a la linea 2, ya que no existe alguna trayectoria que lo lleve a cerrar el

circuito, y por lo cual serla necesario una segunda falla, de la linea 2 a tierra antes de que ocurriera una descarga. Por tanto ante el mismo pro-

AISLAMIENTO.

-1

0

Flci

*

d

Para tener un mejor conocimiento del transformador de aislamiento, di remos que es una pieza de material

con

propiedades mqgP6ticas (nucleo),

a172

dedor del cual se devanan dos bobinas con alambre aislado, uno llamado deva- nado primario y otro llamado devanado secundario

.

Observamos que no hay co- nección electrica entre los dos devanados

(fig. 3).

Cuando se aplica un

VOL

taje al devanado primario ( a travez de

H,

y

H2

)

,

la corriente circula

por

este devanado

y

como

resultado se obtiene un voltaje elactromagneticamente inducido en el devanado secundario

(

Xi

y

X2

en

la

figura

3

se muestra

-

como una de las terminales del primario esta conectada a tierra. Esta tierra

no esta marcada en ninguna de las terminates del secundario porque no

hay

co necci6n electrica directa, Por tanto, las terminales del secundario constitÜ

yen un circuito sln coneccibn a tierra.

-

.-.

-

2 -

. .

..

.

-.

Fig:.’,

₃

-

. -

-.

-

I --

El transformador de aislamiento tanbien puede usarse

para

cambio de

vol

taje. En xulquier trasformador e l wltaJe de cembio es directamente

propor--

cional a la relación entre

el

nupero de vueltas del devanado

primario

con

el

secundario. Si unicamente se requiere aislamiento,

el

numero de vueltas

en

-

el devanado primario debe ser igual al numero de vueltas en e l devanado se-- cundario (NI

VI

= N2 V2).

Todos los circultos de amplificación

y

filtrado están conectados al se-

cundario del transformador de alslamlento sin conexi6n a tierra, ambos lados de la linea son flotantes

y

la posibilidad de flujo de corriente existe

es--

trictamente en un circuito entre las dos lineas

(fig 4).

-

_ “

. _

A

SISTEMA

DE

thSTRI3UCION

A

LA

EDIFICIO

-

DISTRIBUCION

DEL

CIRCUITER

IA.

-

7

F i g : ’ 4

DESCRIPClON

DEL,

CiRCUlTO DE LA FUENTE DE AliNENTACiON.

La función de la fuente de alimentaci6n es la de transformar la poten cia de entrada de c.a. en potencia de salida en C.C.. La fuente de alimen-

tación regulada mantiene la corriente o el voltaje constantes a la salida,

por tanto el desempeno de ésta se evalúa en función de las variaciones de

-

este parametro. Por lo general, el voltaje de salida varia principaiemente con el voltaje de linea, con la corriente de carga

y

con el grado de filtra

-

ción.

Los parametros que describen el rendimiento de ésta son

los

siguientes: 1.- Ondulación o

Rizo:

es un componente de corriente alterna del voltaje de salida que se superpone sobre la componente de corriente continua, 2.- Regulación de linea: Es el cambio en el valor del estado per manente del voltaje de salida que acompaña a un cambio en

el

voltaje de linea.

3.-

Regulación de carga: Es el cambio del

valor

del estado

per-

manente del voltaje de salida que acompaña a un cambio en

la

corriente de carga.

Las especificaciones de

la

fuente de alimentación disenada son

las

s i

-

guientes:

1.- VoitaJe de entrada de i05 a 125 V de c,a.

2.- salida de corriente continua de

+

12

V

7

+

18 V

3.-

Regulación de ltnea de

-

+

0.Oi

%

Para un

10

%

de cambio de

-

4.-

Regulación de carga de

-

+

0.02

%

para

un

cambio

en

la carga

5.- Ondulación de rizo de

í,5

mY pico a

pi&

o

0.4

mV rms max.

6.-

Proteccion contra sobrecargas,

1

imitador automatic0 de co- voltaJe de linea.

de hasta un 50

%.

rr

iente,

Ya que

la

fuente requerida en este proyecto

no

solamente tiene que CUE

plir

con las especificaciones anteriores, sino que debs d e ofrecer seguridad

al paciente, esta debe ser aislada, además de tener que disefiar

una

fuente

-

flotante, la cual no ofrecera un potencial de wltaJe con

la

linea de

al¡--

mentación.

\

DISENO RE LA FUENTE DE ALifiENTACION.

..

+

procedemos

a

realizar e l analisis de

los

diversos parametros especificados con anterioridad.

fué hecho debido a

que

en la

mayoria

de

los

lugares donde se

realiza

Is

toma de la

sena\

bioelectrica, existan

en

el

sistena de iluminación lamparas

--

fluorescentes en las cuales

el

arco de mercurlo produce una acción de cen- telleo en los electrodos de

la

lámpara, que determina

a

una

serle de ondas de rediofrecuencia

de

poca potencia. Estas ondas son recogidas

por

el e--

quipo

y

producen interferencia. este ruido se sobrepone

al

registro normal de

\ a

sena\? este

puede

identificarse Fácilmente

al

notar

su trazo

a

travéz del osciloscopio,

y

puedu observarse s i es

o

no

provocado

por

las lamparas al apagar a estas

Una vez conocidas

las

caracterisiticas de

l a

f u w t e de

afiwntaclón,

-

l a utilizactdn del filtro RC a

la

entrada

de

l a

linea

de

alimentacl0n-

-

y

notando

si

desaparecen o

no.

P \ ' i

Este ruido puede llegar al aparato en tres diversas maneras, como ra-

diación directa desde la lámpara hacia el aparato, en

el

cual

los

cables

--

-

pueden actuar como antenas; puede llegar tambien

por

transmisión de la Inter ferencia, por los conductores electricos hasta las proximidades del circuito

y por retroalimentacion de la perturbación, desde la lámpara a travéz de la linea de alimentación del aparato.

El

transformador utilizado es con derivacion central en el devanado

-

secundario, ya que se requiere de una rectificación de onda completa, la sa

-

lida del secundario proporciona dos voltajes senoidales Vs

y

Vs', que se en

-

cuentran defasados 180". ambos voltales tienen igual magnitudpero de fase opuesta.

Analisis del circuito de rectificación.

respecto a la corriente que pasa

por

D

_,

Ambas

corrientes

fluyen a trave2 de la

corriente resultante es la que se indica en la figura

5

r

La corriente is que pasa a travdz del diodo

D

esta adelantada con

180'

resistencia de carga en el mismo senti

8

o

con

lo

cual

la

forma de onda de

la

is

L

C

i

;

C

t

F I G .

6

Formas

de ondas de las

corrientes en el cir-

cuito rectificador de

onda completa con

una-

carga de resistencia

y

sin filtro.

-f

_{- -}

_{- -}

lM

1

₂

_r

_Wst

, .

r.

~.

e ..

..

..

. .

..

.

...

El máximo rendimiento teórico, para el rectificador de onda comple

ta es de 81.2

%,

y se obtiene cuando la resistencia de carga RL es muy gran de en comparación con la resistencia interna del rectificador.

El factor de ondulación ( de rizo

)

da una medida de la ondulación

o rizado del voltaje o corriente, esto es, de la ondulación o carencia de

-

lisura de la forma de onda.

Este factor esta definido como:

Valor eficaz de la componente alterna

Valor continuo o medio de la tensión

r =

Donde: El valor eficas de una onda constituida por componentes ar-

monicos, es la raiz cuadrada de la suma de

los

cuadrados de

los

valores efi

-

caces de las componentes aisladas. De este modo, puesto que la componente continua es una componente armónica de frecuencia cero, tenemos:

i

\.I1

A .

Donde:

I

Im/\/2

n

= a T

- r -

Jcc Z f W &

Substituyendo:

r -

&~tt)*-i

'

0 . 4 8

Por lo que el rendimiento teorico aumenta a 81.2%

y

el factor de

ondulación disminuye a

0.48

si las comparamos con una fuente de rectific:

ción de media onda donde el rendimiento es+de

48.6

%

y

el

factor de rizo

es de 121 por lo que es más facil obtener una corriente o voltaje conti--

nuo

y

al mismo tiempo tener un mejor rendi-

miento de la fuente de alimentación a travér de la rectificación de onda completa, estos factores intervinieron

rectificación.

con menores niveles de rizo

en la elección de este tipo de

--

Filtros R C .

Para analizar las pulsaciones de la corriente de carga se utili-

El circuito filtro puede ser simplemente una inductancia en serie

comprendiendo varios elementos, La capacitancia en corto tiende a mantener constante

el

voltaje a trave2 de su terminal,

y

l a inductancia en serie

--

tiende a mantener la corriente constante a travez de ella misma.

"

. .

.

. ." * .*

Transformador con

_.

-

--

La elección de

los

elementos en un circuito filtro viene determi- nado por la naturaleza de los circuitos asociados

y

por el grado en que

-

las pulsaciones de corriente deban ser alizadas.

entrada, en el cual es mostrado

en

el diagrama de la fuente de alimenta-- cion, consta de un capacitor

sal ida.

ximo

vs

max del condensador esta dado por:

El circuito de filtro empleado es el filtro de condensador

en

la

C2

,

el cual alisa

y

soporta el voltaje de

El

voltaje V i permite que se cargue el condensador, el voltaje me

_-

\~

Si se supone que el rectificador deja de conducir cuanda el vol- taje del condensador alcanza este valor maxim0 el voltaje m i n i m Vi ,,,in

a travez

de

este es menor que Vi en una cantidad igual a la que dis- minuye el voltaje del condensadoryuiante el periodo en que los diodos no

conducen.

La disminución de voltaje en

el

condensador será el voltaje de

-

ondulación o

el

voltaje de rizo.

En donde T1 es

el

tiempo durante el cual los diodos no conducen

El

valor de

TI

es

aproximadamente

+

de f . siendo f

la

frecuencia en cada uno de los semiciclos y C2 es la capacidad del condensador.

de alimentaclón.

. .

. .

I.

, .

~,

.

.

..

. .

. .

._..

. .

.

..

, .

. .

,.

.

. ..

~.

. .

D2

I

\

Cuando la carga es constante

(

c m es el caso cuando se tienen

-

amplificadore$ ) es posible conseguir un filtrado melor que el emplear SO-

lo condensadores. esto es emplear una resistencia en vez de una bobina de choque.

La resistencia aumenta el tiempo que necesita el condensador para cargarse y descargarse. esto produce una onda menor dentada y en cosecuen- cia una corriente más lisa.

Ya que :

+

I L

=

2/lt

IM

V%

snA=

&+

R,

Por lo cual:

,. , .

.,

I

Por medio de secciones subsecuentes de filtrado se puede reducir

-

aún más el voltaje de rizo, esta disminución del voltaje de'rizo puede tam- bien realizarce con los llamados reguladores electronicos integrados.

Regulación de Voltaje.

Cuando una fuente de alimentación trabaja con una carga, el volta

-

j e de salida aumenta.

El porcentaje de aumento de voltaje se considera

como

la regula-- ción de la fuente de alimentación, el cual se calcula por medio de la rela- ción :

$?$

= .

(U*,.--\If)

100

donde:

Vnl = Voltaje sin carga Vfl

=

Voltaje a plena carga

Cuando menos sea el porcentaje de regulación, mayor sera la calidad de la regulación.

Para el diseño de la fuente de alimentación.requerida, se implemento con dos circuitos bipolares (de

₊

12V

y

f:

18V) con limitación de corriente de

cortocircuito, con reguladores d e tensión fijos, para corrientes comprendidas entre O y 200

mA

,

Enseguida analizaremos uno de los circuitos bipolar que

--

nos da +1QV

y

-18 V.

I

Se utlira un regulador de tens¡&

fija

positiva en

la

toma positiva

y en la toma negativa un regulador de tensidn fiJa negativa de

1s

serie 78XX

y 79XX respectivamente.

',

Aún cuando se pueden emplear tanto

los

reguladores de l a serie

79

asi como los de laserie

78,

los de la serie

79

se diferencian de los de78 en lo siguientei La secuencia de setiales en los polos de la carcasa están

. a cambiados en lo que respecta a tierra y entrada.

__

La salida es la misma en las dos series de reguladores, la conexi

-

6n 2. Los numeros asignados a cada polo son los mismos en las dos series de reguladores; unicamente las señales electricas son distintas.

No

tener

en cuenta la secuencla de las conexiones puede conducir a la destrucción inmendiata del regulador correspondiente.( ver la siguiente Fig.)

. "

..

,

...

.

.,

..

.

" .

... I

f \ 6

I O .

El circuito es completamente simetrico, a d d s de

que

usa

un

,solo

puente de rectiflcadores (sobre todo para la tension doble), ya

que

aqui

-

---

I .

actúa. no como puente de rectificadores, sino como rectificador en push- pull. Naturalmente cada una de las dos ramas se puede equipar (la positi

-

va y la negativa) con un puente de rectificadores, entonces se tendria

que unir etre si la conexión negativa del rectificador de la rama posit¡

va

y

la conexión positiva de el rectificador de la rama negativa para

i7

a la linea de masa (O V). A continuación se presenta la lista de compo- nentes.

Usia de componentes del clrculto de In flgun

.

.

9

I

, _ _ _ r _ . . ~~

GI

-. .

Plianle .- de -_ m i l i i d o r e s . . B 80 C 3200122.W C, Condensador electtolitko ds

C, Condensador eleclrolilico de

baja tensi6n 10 000 pFl40 V

--

hria'iensisn _{--,- - - - -} 10 pF140 V

Condenmador electrolitro de

baja tenqn

Condensador electrolitico de

baja ten*

condensador electrolitico de

baia tensibn

1 O ,iF/25 V

10.000 pFl40 V

1 O pFI40 V C, CónWIsador electroHtico de

CI, Regulador integrado de

baja tensibn 10 f i t 2 5 V

iW-&ll 7818 montado sobre disipador de R, 5 4 WW

CI, Regutador integrado ds

7oisspez. Electronic-Bürklin) montado sobre

disioador de R,,, S 4 WW

lensi6n

si Fusible I ¡ 1 4 lento

Enseguida analizaremos el circuito bipolar con limitación a co- rriente de cortocircuito

326.

En muchas aplicaciones, especialmente para el funcionamiento

--

con amplificadores operacionales, se necesita una tensión de doble pola

-

ridad de

+

12 V y

-

12 V

,

siendo la manera

más

sencilla de obtenerla con un regulador bipolar de la serie antes citada,

m A

en la mayor parte de

los

casos, un s d o regulador bipolar suele ser suficiente. Segun las hojas de datos, los reguladores pueden cargarse

-

con un m a x i m de 100 mA en cada rama, pero c m la carga es, con bast- te frecuencia, bastante simetrica, la corriente maxima tiene que redu-* cirse a aproximadamente

40

mA

por rema,

por

lo

menos

en

los

integrados con carcasa de plastico, pues de

l o

contrario

en

el caso más desfavora- ble, se sobrepasarla la potencia de disipación. En integrados con c a r o sa redonda de metal, la potencia de disipación

y,

por tanto, la corrien te admisible puede ser el doble. A continuacion se presenta el circuito

y su lista de componentes.

con el regulador de tension fija bipolar LH

Como el consumo de un amplificador operacionale es de unos pocos

.

L .

. j .

. -

!

Tr [email protected] de red Transformador universal UE t (12 VA) con

u.,

-

ua-

12 v o

u.,

-u,,-

15 v u otro tndcfmador con U.!

-

Ue

U.,

-

U,,

-

17 V y una potencia de awx. 4 VA ' .1 V o

GI Puente de nciifiudoms B40CMK)

C , Condensadof electmüliio de

bsi. 1.nd6n 470 uF125 V

!

C, Condemdor electrolitro de

C, Condensada electrolitro de

C. Candensador electrolitro de C. Condensador electrdltco de

C, Condemador ekcliolittco de

u

Reguladorintegmdode baja tensión

bay tensibn 470 pF/25 V

haja tansión

bi. tensibn

to

#F/ZS V

1 pF/25 V (lambiin de tIntal0 de 63 v)

1 fin5 V ItamMn de tintalo de 63 v)

bay tennibi topFmv

len8i6n V&aw tabla 6 3 (National Sem*onduc(or o

SOSCO)

, i

c I

”:.,

I .

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8e¿be(ogha&ha.

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G.

JUG;

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GRAY,

S.

TRLIMAN,

T d c c i b n

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JOSE BATTLE

GAYAN

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KoawLd

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and

V a L g n ,

Kougbn

U i & h

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CEAC,

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1484

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G.,

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OTMAR

KILGENSTETN,

“Fuentes

de ALúlientnc¿bn

UecthoniCan

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