Las Fuentes de Alimentación

Las Fuentes de Alimentacin Serie Electrnica analgica (Leccin 3)

Introduccin.El motivo de estas lecciones no pretenden sentar las bases de los conocimientos sobre electrnica analgica o digital, sin embargo antes debemos revisar los conocimientos de la electrnica analgica, si el lector considera que sus conocimientos son suficientes, espero sepa disculpar este prembulo. No obstante, si pueden aclarar algunos conceptos puntuales, que por cualquier motivo no se hayan retenido en su momento, si todo este trabajo lograra hacer entender un slo concepto en alguno de los visitantes, ya me dara por satisfecho. De todos modos, GRACIAS, por anticipado. He de aclarar que, una fuente de alimentacin estabilizada, puede construirse de dos modos genricos, paralelo o serie. En este tutorial nos ocuparemos de fuentes de alimentacin serie. Para empezar se revisarn los puntos ms importantes a tener en cuenta para construir una fuente de alimentacin estabilizada, con unas caractersticas adecuadas para alimentar un circuito electrnico con especificaciones digitales.El diseo de fuentes de alimentacin estabilizadas mediante reguladores integrados monolticos (reguladores fijos), resulta sumamente fcil. Concretamente para 1A (amperio) de salida, en el comercio con encapsulado TO-220, se dispone de los ms populares en las siguientes tensiones estndar de salida:TABLA1Tipo 1A positivoTensin/Salida

UA7805 5

UA7806 6

UA7808 8

UA7809 9

UA7812 12

UA7915 15

UA7818 18

UA7824 24

UA7830 30

UA79XXVersin negativo =

Todos estos reguladores tienen en comn que son fijos y que proporcionan adecuadamente refrigerados una corriente mxima, de 1A. Veremos un ejemplo en el esquema bsico de una fuente de alimentacin de 5 V y 500 mA en la Fig. 301

Fig. 301Adems de estos, en el mercado se pueden encontrar los reguladores ajustables de tres patillas o ms, con diferentes encapsulados en TO-220AB, TO-3 y SIL, segn la potencia y fabricante. Los ms populares son los 78MG, LM200, LM317, LM337 y LM338, etc.Los fabricantes de los reguladores recomiendan que la tensin entregada por el secundario del transformador debe ser como mnimo 3V superior a la tensin nominal del regulador (para un 7812, la tensin del secundario mnima ser de 15V o mayor), esto tambin tiene que ver con la intensidad de consumo que se le exija a la salida de la fuente.El Transformador.El transformador para una alimentacin estabilizada debe ser, un transformador separador, esto quiere decir, que ha de disponer por seguridad, de dos devanados separados galvnicamente (elctricamente), no es conveniente utilizar los llamados auto-transformadores los cuales como se sabe estn construidos por una nica bobina o devanado, el cual est provisto de diferentes tomas para obtener varias tensiones de salida, la verdad es que este tipo de 'transfo' actualmente no se ve muy a menudo. Dependiendo de la aplicacin a la que se destine la fuente de energa, deben tenerse en cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir las caractersticas del transformador. La tensin en vaco del secundario debe multiplicarse por la raz cuadrada de dos ( 1'42). En cuanto a la intensidad haremos hincapi en la corriente que se le exigir a la salida, es decir, si necesitamos 3A de consumo y el factor de tiempo, esto quiere decir, si el consumo va a ser continuado o tan solo es un consumo mximo espordico, como punto medio, es buena idea aplicar el mismo criterio del factor raz cuadrada de dos, lo que indica una intensidad sobre 4A. Hay dos tipos de transformador, los de armadura F o E-I y los toroidales O, estos ltimos tienen un mejor rendimiento, no obstante esto no es determinante, por otra parte, es importante que los devanados estn separados fsicamente y deben ser de hilo de cobre, no de aluminio, lo que reducira el rendimiento.El Rectificador.Para rectificar una tensin debemos tener muy claro el tipo de fuente que vamos a necesitar, en contadas ocasiones optaremos por una rectificacin de media onda, un caso particular es el de un cargador de bateras sencillo y econmico, en todos los dems casos, es muy conveniente disponer de un rectificador de onda completa, para minimizar el rizado. Los diodos encargados de esta funcin han de poder disipar la potencia mxima exigible adems de un margen de seguridad. Tambin estn los puentes rectificadores que suelen tener parte de la cpsula en metlico para su adecuada refrigeracin.En algunos casos los rectificadores estn provistos de un disipador de calor adecuado a la potencia de trabajo, de todas formas, se debe tener en cuenta este factor. La tensin nominal del rectificador debe tener as mismo un margen para no verse afectado por los picos habituales de la tensin de red, en resumidas cuentas y sin entrar en detalles de clculos, para una tensin de secundario simple de 40V, debemos usar un diodo de 80V como mnimo, en el caso de tener un secundario doble de 40V de tensin cada uno, la tensin del rectificador debe ser de 200V y la potencia es algo ms simple de calcular, ya que se reduce a la tensin por la intensidad y aplicaremos un margen de 10 a 30 Watios por encima de lo calculado, como margen. En algn caso debe vigilarse la tensin de recubrimiento, pero eso es en caso muy concretos.El Condensador Electroltico o filtro.A la hora de disear una fuente de alimentacin, hay que tener en cuenta algunos factores, uno de ellos es la corriente que se le va pedir, ya que ste es, el factor ms importante despus de la tensin. Para determinar el valor del condensador electroltico que se ha de aplicar a la salida del puente rectificador en doble onda, para alisar la corriente continua; la regla emprica que se suele aplicar, suele estar sobre los 2.000 uF por Amperio de salida y la tensin del doble del valor superior estndar al requerido, o sea, segn esto, para una fuente de 1'5 A a 15 V, el condensador electroltico debe ser al menos de 3.000 uF/35V. Como se ha mencionado la tensin del condensador, se debe sobre dimensionar, sta debe ser al menos diez unidades mayor que la tensin que se recoja en el secundario del transformador o la ms aproximada a sta por encima (estndar en los condensadores). Este es el margen de seguridad exigible, ya que en muchas ocasiones los valores de tensin a los que se exponen no slo depende de la tensin nominal, tambin hay tensiones parsitas que pueden perforar el dielctrico, en caso de ser muy ajustada la tensin de trabajo y mxime si estamos tratando con una fuente balanceada, este es otro caso.El Regulador. En el caso de necesitar corrientes superiores a 1A, como ya se ha dicho, pueden utilizarse los reguladores de la serie 78HXX, LM3XX, en cpsula TO-3, capaces de suministrar 5A, no muy habituales. Otro problema reside en que slo se disponen de 5V, 12V y 15V, que en la mayora de los casos puede ser suficiente.En el supuesto de necesitar una tensin regulable (ajustable) desde 1'7V a 24V. El regulador a utilizar podra ser uno de la serie LM317, LM350 o LM338, la diferencia con los anteriores es que el terminal comn, en lugar de estar conectado a masa, es del tipo flotante y por lo tanto esto permite ajustarle en tensin. Estos con los encapsulados tpicos, TO-220 o TO-3.

En la figura 302, se muestra el esquema bsico mejorado. Los condensadores C1 y C2, se emplean con el fin de eliminar tensiones alternas residuales y mejorar el rizado de la rectificacin, en cuanto a los diodos D1 y D2, sirven para la seguridad del regulador, contra tensiones inversas y evitar las tensiones parsitas o transitorios que lo destruyan. Es muy recomendable, siempre insistir, se deben poner los mencionados diodos.

Fig. 302Finalmente en la figura 303, se presenta una fuente de alimentacin regulable de 1,7 V a 28 V, respetando los valores de entrada, mximo de 40 V. Para evitar daar el regulador, por exceso de calor, se recomienda refrigerarlo mediante un disipador de aluminio adecuado que encontrar en los comercios especializados del ramo. El potencimetro ajustable R2, permite ajustar la tensin de salida que se desee en cada momento. El diodo D1, protege al regulador de corrientes inversas, mientras que el diodo D3, evita que una conexin inversa fortuita, cause problemas a la fuente por polaridad invertida. Esta fuente de tensin regulada ajustable no dispone de sistema cortocircuitable externo, por lo que habr que llevar mucho cuidado de no producir ningn cortocircuito en sus terminales de salida, causara su destruccin.

Fig. 303FUENTE REGULADA EN TENSIN Y CORRIENTE.El circuito anterior, se puede mejorar considerablemente con slo aadir un nuevo regulador que nos permita ajustar la corriente de salida de forma lineal mediante un potencimetro P2 de 500. Este regulador IC2, se conecta como regulador de corriente, lo que se consigue conectando la patilla 'flotante' o de masa, a la patilla de salida mediante una resistencia Rx, que en nuestro caso se encuentra en paralelo con el conjunto de resistencias de 1k y un potencimetro de 500 para su ajuste lineal.Adems, para mejorarlo, hemos aadido una tensin negativa de -10V, limitada por una resistencia y un diodo zener de 1,2 V (diodo LM385), que se encargar de proporcionar un punto de tensin negativa en la patilla 'flotante' o de masa del regulador IC1, encargado de proporcionar la tensin regulable mediante el potencimetro P1, como ocurra en el anterior esquema, esto nos permitir obtener una tensin de salida comprendida entre 0V y los 27V (tensin de margen). El esquema descrito se puede apreciar en la figura 303b.

Fig. 303bEl diodo LED en paralelo con Rx, nos indicar cuando rebasamos el lmite de corriente previsto. Con estos ejemplos, se dispone de unos esquemas sobre fuentes de alimentacin reguladas que pueden servir como punto de partida para otros proyectos y porqu no, ellas mismas tal cual, pueden sacarnos de un apuro con unos pocos elementos y un poco de nuestro tiempo.EL CIRCUITO PRCTICO.Alguien puede decidirse por trazar las pista por el sistema de rombos, cubos y rectngulos, por que le lleva menos trabajo, aunque esto no es importante, siempre que las pistas admitan la corriente mxima. Esto, consiste en trazar unas lneas entre lo que sern los terminales de los diferentes componentes que, se habrn dispuesto en posiciones adecuadas separando de esta manera los trazos que representan las pistas, dichas lneas, sern el cobre que se comer la solucin cida que se emplee para su realizacin.En la prctica, la placa de circuito impreso o PCB, con el puente rectificador y el condensador electroltico, se pueden apreciar en la figura 304, cuyo esquema esta en la fig. 303. El regulador LM317, se debe montar directamente sobre el refrigerador, aplicndole silicona de contacto y por seguridad un separador aislante y conectar al PCB mediante hilo de 2 m/m de seccin, las pistas de conexin generales se representan con mayor espesor, se ve claramente, debe ser de unos 3 m/m de ancho, para soportan ms intensidad, las salidas para el potencimetro que estar en el panel, se harn con hilo de conexin de 1.25 m/m de seccin. El led, deber instalarse tambin en el panel.

Fig. 304Los trazos negros, representan las pistas del circuito impreso y son la nicas de la placa pcb. El transformador adecuado, ha de entregar los 22V y 1'5A, como se ve ste, est sobre dimensionado por seguridad y un segundo secundario de 7V 0'5A.Otro caso.En ocasiones se necesita una fuente de alimentacin regulada con varias tensiones, siendo lo ms habitual encontrar en el comercio las tensiones de +12V y -12V. Ahora repasaremos el esquema de una fuente de estas caractersticas que nos proporcione una corriente de 1A en cada salida, se puede obtener mas amperios fcilmente. Utilizaremos dos partes del esquema de la fig. 303. El transformador necesario, ha de disponer de dos secundarios de 15V y 1,5A, cada uno, como se ver, estos estn sobre dimensionados por seguridad. Los puentes rectificadores dependiendo de la corriente, deben ser del tipo metlico con terminales faston, el terminal positivo tiene un resalte en la caja a parte de estar marcado al lado de ste. Los terminales con una (S) deben conectarse cada uno, mediante hilo de seccin de 2 m/m a cada terminal del mismo secundario. El otro rectificador, se conectar de igual modo al otro secundario del 'transfo', con esto disponemos de las dos tensiones ms o menos iguales a las necesarias en las respectivas salidas de ambos rectificadores.Por otra parte, debemos preparar un dibujo de las pistas que, se ajuste al esquema adjunto, sobre una placa de fibra de vidrio de manera que nos pueda dar mejores resultados y sea ms fiable. Cada uno puede trazar las pistas como mejor le parezca, pero, debe guardar ciertas reglas, una de las ms importantes es la separacin entre pistas no debe ser inferior a 2 m/m en el peor de los casos, otra es el espesor, debe observarse que las pista con mayor consumo, han de soportar ms paso de corriente y deben ser de mayor espesor unos 2 o 3 m/m ser suficiente para el ej. y procurar trazos lo ms cortos posible y las esquinas sin picos. Necesitamos tres condensadores electrolticos (son los que tienen polaridad), con una capacidad en este caso concreto de 2.000 uf/63V, para evitar en lo posible el rizado de alterna, se utiliza esta alta capacidad para ms seguridad, cuando se exija el mximo de corriente. La tensin de +5V, la obtendremos del puente que representa el punto ms positivo en el montaje, como se aprecia en el esquema general. Los reguladores que utilizaremos en esta ocasin, son de 5V y 12V, con las referencias 7805, 7812 y 7912 el encapsulado, del tipo TO220AB, de esta manera se pueden atornillar sobre disipadores diferentes. Atencin cada uno por separado, salvo que se disponga entre cada cpsula y el disipador un separador aislante, en este caso puede usarse un disipador nico, ya que el terminal central de los reguladores 7812 y 7912, es de signo de tensin diferente y se estropearan inmediatamente si no se respetan estas reglas.

Fig. 305La imagen anterior consta de dos partes, en la superior, el fondo negro, representa el cobre de la placa de fibra de vidrio o baquelita en su caso, las lneas blancas son las separaciones entre componentes, las cuales, es lo que el cido 'quitar', los trazos de color son las siluetas de los componentes y los cubos blancos son los 'pads', para las patillas de los componentes, los cuadrados de las esquinas, son para los pasadores de los tornillos que sujetaran la placa al chasis. En la parte inferior se presenta el negativo, visto por la parte de las pistas. Este, es otro esquema fig. 305c con el cual podemos construir una fuente simtrica para nuestro propio laboratorio o taller de reparaciones. En ocasiones se necesita una fuente de alimentacin regulada con varias tensiones, siendo lo ms habitual encontrar en el comercio las tensiones de +12V y -12V. Ahora repasaremos el esquema de una fuente de estas caractersticas que nos proporcione a su salida una corriente de 1A en cada salida. Bsicamente, utilizaremos dos partes del esquema de la fig. 302.

Fig. 305c El punto comn de masa, se refiere a las tensiones de +12V y -12V, las cuales se dice que son simtricas, en cambio la salida de +5V es independiente.EL CIRCUITO CON EL I.C. A723Un circuito integrado bastante utilizado para realizar fuentes de alimentacin ajustables, es el popular A723PC encapsulado DIL de 14 patillas, el cual admite una elevada tensin de entrada de 40V que dopndola puede llegar sobre los 120V dando una salida ajustable entre 2V y 37V a 150 mA, pero en algunos casos como en fuentes para transmisin, se vuelve bastante inestable, por lo que respecta a mi experiencia. En ciertas revistas especializadas del sector, se pueden encontrar esquemas mucho ms elaborados a los que se les puede exigir mayores prestaciones, tales como que, la salida parta de 0V y no de los 1' 7V, o que sea cortocircuitable, ajustable en corriente de salida, entre otras.En la siguiente figura 306, se muestra el esquema bsico de la alimentacin propuesta con un LM723D y debajo el circuito de aplicacin, visto por la cara de los componentes porque es muy sencillo, considero que no requiere mayores descripciones.

Fig. 306 Nota.En ciertas ocasiones, se presentan proyectos que por sus exigencias no son los clsicos, en el caso de exigir una tensin de salida mayor de 40 Voltios, al proyectar una fuente de energa de esas caractersticas, el tcnico encuentra problemas de temperatura por todas partes, me explico, aunque ponga un refrigerador a los circuitos integrados (7824, LM317 o LM723), observa que toman una temperatura excesiva que no es fcil eliminar. En el esquema, el anterior (ver fig. 306) puede servir para el caso, bsicamente es el mismo, salvo que, debe cuidarse la tensin que alimenta al circuito integrado, el cual no admite tensiones mayores de los 40 Voltios segn se desprende de las hojas de caractersticas del fabricante. Esto se resuelve con una resistencia que reduzca la tensin y un diodo zener con un condensador mnimo que estabilice dicha tensin. Con esta solucin, se pueden regular tensiones de hasta 125 Voltios con problemas relativos que no se resuelvan con ingenio.Algunos Casos Especiales.En algn caso, puede ocurrir que alguien que lea este manual y despus de considerarlo se deprima, debido a que no tiene forma de hallar en el comercio o en su ciudad, los reguladores que se describen ms arriba. Entonces, qu podemos hacer, voy a pensar que por lo menos si pueden localizar transistores de cierta potencia, como por ejemplo los 2N3055, no importa de que fabricante, este transistor, los fabricantes normalmente dicen que, bien refrigerados pueden dar 15A, yo quiero ser ms realista y lo voy a dejar en 3 A a 45V, eso s, requiere una corriente de base bastante apreciable, ya que su (beta) es de tan solo 20.Veamos, cmo podemos montar una fuente regulada de alimentacin ajustable entre 0V y 30V con una salida de 0A a 3A. Vamos a centrarnos en lo que es el esquema y los componentes que vamos a utilizar, dejando a un lado no menos importante elementos como el transformador, la caja donde ubicaremos el circuito impreso y los condensadores electrolticos y tambin los refrigeradores, todas las piezas ms grandes y de mayor peso del montaje. Primero, debemos pensar que vamos a tratar con corrientes bastante importantes sobre los 3 o ms amperios junto a unas tensiones relativamente bajas, sobre un mximo de 50V, framente estamos hablando de 150 W (vatios), una apreciable potencia a tener en cuenta.Las pistas del circuito impreso deben soportar corrientes elevadas y por lo tanto tienen que tener cierto espesor, sobre 3 mm. Por otro lado los transistores que vamos a utilizar los 2N3055, tiene una cpsula metlica TO-3, los diodos rectificadores, deben soportar corrientes de 5A a 8A para tener cierta seguridad (BYX38 o similar) y si es posible refrigerarlos tambin (esto por su cuerpo, es ms problemtico), veremos cmo solucionarlo. En cuanto a los transistores, vamos a utilizar un montaje en Darlington, este tipo de montaje tiene la ventaja de multiplicar su rendimiento segn la (beta o ganancia), lo que nos dar un mejor aprovechamiento de las caractersticas intrnsecas del transistor por s mismo.Montaje Darlington.En la figura de la derecha, puede apreciarse la sencillez del montaje en s, es decir, los colectores unidos entre s y el primer emisor atacar la base del segundo transistor, esto puede ampliarse, pero no vamos a entrar en ese punto ms all de lo que se ve en la figura, el diodo es de proteccin.El primer transistor cuya base est libre, puede ser un transistor diferente, por ejemplo un BD245B con una de 40 y como segundo el 2N3055, en cambio la ganancia del 2N3055 es tan slo de 20, (pueden usarse como primeros los Darlington TIP120 o TIP141B con cpsula TO-220, los cuales tienen una ganancia de 1000 y 750 respectivamente). Teniendo en cuenta esto, si utilizamos dos 2N3055 en Darlington obtendremos una ganancia de 400, que se puede considerar moderada y en nuestro caso casi aceptable. Por lo tanto, si utilizamos un TIP141B y un 2N3055, la ganancia lograda, es de 15000 aproximadamente, mas que suficiente. Fuente regulada sin I.C.'s.Todo esto que hemos visto es muy interesante y cualquiera puede proponerse realizar un proyecto basndose en algn circuito o explicacin de las descritas en este tratado. Sin lugar a dudas que, siguiendo los pasos descritos y revisando bien lo que se hace, puede y debe lograrse el xito en la realizacin y posterior puesta a punto. Sin embargo, cuando un aficionado o incluso un tcnico, debido a situaciones en las que nadie quiere entrar, por las cuales no dispone de un mnimo de dispositivos o dicho de otro modo, cuando no se dispone de circuitos integrados con los que realizar una simple fuente de tensin regulada, disponiendo tan slo de unos transistores y me atrevera a decir unos pocos, para esos casos o circunstancias, he pensado (lase, me han pedido), que haga una pequea descripcin de un proyecto que les pueda servir y en eso estamos. No se puede describir con pocas palabras el funcionamiento de un circuito de una fuente auto-estabilizada serie, por lo que recurrir a un smil para explicar dicho funcionamiento. En la figura 307, se muestra una sencilla fuente de tensin fija con un transistor serie T1, hasta aqu, todo es correcto, es decir, esta fuente funciona.

Fig. 307 - Fuente fija simple.Supongamos que a la salida de una fuente de tensin continua, conectamos un potencimetro ideal, con el fin de obtener tensiones entre 0 y el mximo que nos proporciona dicha fuente, esto es un ajuste manual de la tensin. Ahora, seleccionamos cierta tensin con el potencimetro y le conectamos una carga, debido al consumo de la carga, se produce una cada de tensin en la salida. Para compensar la cada de tensin provocada por la carga, tendremos que variar la posicin del potencimetro a una nueva posicin, lo que provoca un aumento de tensin en la salida, esto repercutir en la tensin de salida y tambin en la corriente y talvez se necesite un nuevo ajuste, hasta lograr la tensin deseada, si la nueva posicin es correcta, la salida mostrar dicho aumento corrigiendo as la corriente de consumo finalmente. Sin embargo si variamos la carga o la desconectamos, veremos que la tensin de salida aumenta sin control, por lo tanto, los ajustes mencionados se deben realizar a la misma velocidad que vara la carga, para estabilizar la tensin de salida. Es fcil de entender y tambin que, es muy difcil de conseguir de forma manual mantener estable la tensin de salida, por este motivo se utilizan los sistemas electrnicos ideados para hacerlo fcil. Descripcin del circuito regulador.En la figura 307b, se pueden apreciar el circuito terico de la fuente estabilizada ajustable y las tres partes de las que consta: Q1- regulador de potencia; Q2- amplificador (parte del darlington) y Q3- amplificador diferencial.

Fig. 307b - Fuente ajustable estabilizadaEn este esquema terico, podemos apreciar cmo el transistor Q3 (amplificador diferencial) compara, la tensin de referencia proporcionada por Dz2 (permaneciendo constante la tensin del emisor de Q3) y la tensin del "divisor de muestreo", formado por Dz1, P1 y R4. El nivel de conduccin de Q3, depender del resultado de dicho diferencial de tensiones ya descritas. La mxima conduccin de este transistor, se obtiene cuando la posicin del cursor del potencimetro P1, est cerca del nodo del diodo zener Dz1, en cuyo caso la tensin aplicada a la base de Q3 ser mxima, llevando su conduccin al mximo, lo que conlleva que la tensin en la base de Q2 ser mnima y esto proporciona la mxima impedancia (o sea, mxima tensin colector-emisor) de Q1, reduciendo as la tensin de salida al mnimo. Sigamos. La auto-regulacin.Una forma de reducir el consumo de corriente en un circuito, consiste en reducir su tensin de alimentacin de algn modo, esto digamos que, no es muy ortodoxo, ya que una reduccin de tensin en P1 produce un cambio de corriente y esto produce una reduccin de corriente que hemos de corregir y a ste cambio le sigue otro cambio, de manera que resultara del todo imposible modificar los cambios con la debida celeridad que se exige. Ahora, veamos cmo podemos lograr lo propuesto de modo automtico, es decir, compensando la cada de tensin por un medio electrnico con el que se corrijan y compensen las variaciones que se producen hasta compensar. Al aplicar una carga a la salida de una fuente, inmediatamente se producir una cada de tensin, proporcional a la carga que, tiende a reducir la tensin de salida. El divisor de tensin (o de 'muestreo') del circuito, detecta esta cada de tensin, al compararla con la de base de Q3, esto hace que ste reduzca su conduccin y aumente la tensin en la base de Q2 a travs del partidor formado por R1 y R2, lo que repercute sobre Q1, reduciendo su impedancia entre colector-emisor, a consecuencia de lo cual aumenta la tensin de salida de forma proporcional para compensar la mencionada cada de tensin producida por la carga. El tiempo de respuesta ante una variacin en la carga es de unos pocos microsegundos, lo que hace inapreciable la variacin en la tensin de salida. Esto es en s, la auto-regulacin. Es evidente la similitud entre lo descrito en el prrafo anterior y el smil del potencimetro mencionado ms arriba. FUENTE CORTOCIRCUITABLE.Con lo descrito hasta ahora, si a la salida de la fuente de la figura 307b se produce un cortocircuito, la tensin en la salida tiende a 0V y la corriente de paso tiende a infinito (bueno a lo que de el transformador), esto har que Q1 entre a conducir al mximo, aumentando as su temperatura, que a su vez producir un incremento de corriente, lo que incrementar la temperatura del mismo produciendo el efecto avalancha y en dcimas de segundo alcance su punto de destruccin por alta temperatura, a pesar de la auto-regulacin descrita. Veremos cmo evitar este efecto (o 'defecto') de forma sencilla y efectiva.En el siguiente circuito figura 307c, vamos a describir cmo realizar una fuente de alimentacin serie regulada y ajustable en tensin y corriente, que adems sea cortocircuitable.

Fig. 307c - Fuente estabilizada ajustable y cortocircuitable.Como puede observarse en la figura 307C, el esquema pertenece a una modificacin de la fuente anteriormente descrita, se trata de un circuito al que hemos modificado el limitador de corriente de carga y por lo tanto protegido contra los cortocircuitos. El secundario de 9V, una vez rectificado por D3 y filtrado por C2 se acopla al negativo mediante el diodo zener de 8'1V para conseguir que la tensin de salida pueda partir de 0 Voltios hasta el mximo previsto por el secundario principal, que puede ser de 12 V hasta cerca de 50V, vigilar las tensiones de los distintos componentes. Lo descrito para el circuito de la figura 307b, es aplicable al circuito que estamos describiendo, resumiendo, la carga aplicada a la salida, provocar una cada de tensin que acusar la base de Q5 y har que ste conduzca menos y como consecuencia, la impedancia colector-emisor de Q5 ser menor, corrigiendo dicha cada de tensin. El transistor Q4 se encarga del limite de intensidad, drenando la tensin de salida a 0 cuando la corriente de la carga supere el nivel establecido por R4, el diodo D1 permite que el nivel de limitacin alcance los 100 mA.Siempre recomiendo que, los cables de salida, positivo y negativo, no deben ser excesivamente largos (1'5m) y sobre todo pensando que pueden soportar 3 Amperios o ms, deben ser de 3 a 4 m/m de seccin . Los componentes.Los valores de los componentes necesarios para este tipo de fuentes estn incluidos en el propio esquema, debe tenerse en cuenta especialmente la potencia que desarrollan los Q1 (2N3055), Q2=Q3 (BD241), Q4=Q5 (BC337), D1,D2,D3 (1N4007), D4 de 8'1V y el diodo D6 es un LED rojo de sealizacin.Lista de componentes: Resistencias Condensadores Semiconductores R1 1k0 Oh C1 4700uf 50V D2 a D5 Rectificadores R2 0'5 Oh C2 47uf 35V D1, D6 diodos 1N4148 R3 47 Oh C3 10nf 63V T1 NPN 2N3055 R4 220 Oh Aj C4 50uf 63V T2 NPN BD139 R5 470 Oh C5 1nf cermico T3 NPN BD241 R6 1k Oh T4, T5 NPN BC337 R7 3k3 Oh Aj Dz1 Diodo zener 8'1V R8 10k Oh R9 1k Oh Varios R10 47 Oh Transformador 220V : 36V 2A + 6V 150mA R11 10k Oh Aj Radiador de aluminio para T1 (TO-3) R12 1k5 Oh Radiador de aluminio para T2 R13 470 OhAjuste Site los cursores de las resistencias R4 y R7 en el centro del recorrido. El cursor del potencimetro R11 en la posicin de tensin mnima (a la izquierda). Conecte un Voltmetro a la salida y mueva el eje de R11 hasta conseguir la tensin mxima. El cursor no debe llegar al final de recorrido. Modifique la posicin de R7 para lograr la lectura de 20V. Conecte un Ampermetro en serie con una carga resistiva. Modifique un poco R2 hasta leer 2 A. Observacin. Conecte y desconecte la carga resistiva. Si la tensin de 20V cae, debe ajustar con precaucin R4 hasta conseguir que con 2 A la tensin se mantenga en los 20V. Procure no alcanzar el tope del pot R4, ya que la fuente limitar a 10A y podran daarse los componentes en caso de corto-circuito.Con esto, doy por suficiente la descripcin en referencia a la explicacin sobre esta fuente regulada y ajustable, si algn punto no est claro, envame un e-mail con las dudas que tengas.Las fuentes de alimentacin de potencia.Hemos visto lo sencillo que resulta el montaje de una simple fuente de alimentacin fija al principio de este artculo, tambin se vieron de pasada las fuentes ajustables (fig. 302 y fig. 303).El juego de palabras fija, regulada y ajustable, responde a tres conceptos bien diferenciados en la prctica, ya que la parte de regulada, se refiere a la operacin interna (del chip) que se encarga de realizar las auto correcciones necesarias para que a la salida entregue la tensin establecida como tal, el trmino de fija, responde al hecho que representa en s misma, la tensin de salida no vara en lo previsto en las especificaciones del fabricante que puede ser alrededor de 0,05V y por ltimo el trmino de ajustable, evidencia que el usuario puede ajustar la tensin de salida al nivel que en cada momento necesite.Aclarado el tema, sigamos. En muchas ocasiones necesitamos una fuente de alimentacin que nos proporcione ms de 1A y esto puede convertirse en un problema que aumenta, si adems queremos, por seguridad, que esa cortocircuitable. Bien, el primer paso, la potencia, es de relativa sencillez y lo abordaremos sobre la marcha.La solucin es dopar (aadir) un transistor de potencia si con un transistor de potencia no es suficiente, los que sean necesarios para que nos proporcione la corriente deseada.La funcin de este transistor de potencia consiste en asumir el hecho de soportar la alta corriente requerida, veamos cmo se realiza esto. Si aplicamos convenientemente la tensin de salida del regulador por ej. de 12V 1A a la base del transistor de potencia, est claro que ste nos proporcionar ms corriente a su salida y estar regulada por otra parte debido a que es regulador y es cortocircuitable, en cierta medida, tenemos la solucin deseada.No obstante, la efectividad que nos proporciona el regulador para la funcin de cortocircuito, no la podemos dar por buena a la hora de aplicarlo al transistor de potencia, ya que es un circuito 'aadido' y puede que no responda con la rapidez suficiente, para evitar estos inconvenientes, intervendremos en este apartado con un circuito de corriente, aadido para asegurar la funcin de cortocircuito, esta figura resume lo comentado.

Fig. 308El circuito entorno de Q2-R1-Rsc, se encarga de proporcionar un lmite de corriente a Q1, evitando su destruccin.Principio de Alimentacin Ajustable.Hasta el momento, hemos visto las fuentes de alimentacin de regulacin o estabilizacin fija. En esta parte, vamos a abordar lo que se entiende por una fuente de alimentacin regulable y ajustable y lo que conlleva este hecho. Las ventajas que aporta una fuente ajustable bsicamente son, la posibilidad de alcanzar en su salida una tensin continua exacta a la especificada por el usuario o circuito examinado, bajo prueba. Esto que en un principio parece una simpleza, no lo es tanto cuando hemos de variar la tensin en niveles de un voltio o incluso menos en ciertos casos y si adems necesitamos que dicha fuente sea cortocircuitable, esto puede complicarse un poco.Una fuente de alimentacin sencilla puede ser uno de los ejercicios que mejor ilustran una leccin de electrnica prctica y, eso precisamente es lo que vamos a realizar. Proponemos estudiar cmo construir una fuente de alimentacin que nos sirva para la mayora de las aplicaciones que habitualmente venimos realizando en las prcticas de las escuelas, laboratorios y academias de enseanza sobre electrnica (uf!, donde me estoy metiendo).Vaya por delante mi total respeto por los formadores, una disciplina de lo ms importante en nuestros das pero tan mal considerada, gracias a ellos los tiempos pueden y de hecho mejoran. Felicitaciones por dar lo que tienen, profesores. Sus conocimientos.Volviendo donde estbamos. En la siguiente figura 309, se presenta el esquema de una alimentacin cuyas caractersticas podemos considerar amplias, en el aspecto de cubrir las necesidades ms habituales que se pueden presentar en la mayora de los casos.Fuente simtrica ajustable.Seguro que en muchas ocasiones hemos necesitado una fuente capaz de suministrar diversas tensiones dentro de un amplio margen de valores. Del mismo modo y por causa de los distintos mrgenes de consumo, habra sido til que dicha fuente incorporara un limitador de corriente ajustable, por ejemplo; para cargar bateras Ni/Cd, en cuya carga como es sabido, necesita mantener constante la corriente de carga y que fuera cortocircuitable para usarla en circuitos cuyo consumo desconocemos.Generalmente, para 'cacharrear' es suficiente con una fuente de alimentacin sencilla, nada ms lejos de la realidad. En algunas aplicaciones ser necesario que la corriente suministrada por la fuente sea elevada y en casi todos los casos una fuente regulable de 0V a 30V capaz de suministrar 5A ser ms que suficiente para poder alimentar todos los prototipos y equipos de laboratorio.

Fig. 309En estas figuras, se presenta un esquema de principio de una fuente sencilla construida, entorno a un regulador A78HG o el LM338, ambos son reguladores de cuatro patillas ajustables de 5 A de salida y cpsula metlica TO-3. Se recomienda el LM338, ya que la serie de Fairchild es obsoleta desde hace muchos aos.Como decamos, el problema se presenta en el momento de alimentar amplificadores operacionales, los cuales requieren de alimentacin simtrica, como los amplificadores de audio, con entrada diferencial. La mayora de los Op-Amp (amplificadores operacionales) requieren de una alimentacin positiva respecto a masa y otra negativa respecto a la misma masa, debiendo ser del mismo valor, de ah lo de simetra.Mediante la combinacin de este montaje podremos disponer de una fuente estabilizada y capaz de entregar una corriente de hasta 5A y una tensin regulable de 5V y 20V, como luego veremos.El circuito es sencillo debido a la utilizacin de dos reguladores de tensin los cuales proporcionan al montaje alta fiabilidad, robustez y caractersticas casi inmejorables. Uno de los reguladores LM338 (A78HG) se encarga de la rama positiva y el otro LM337 (A79HG), se encarga de la rama negativa.No pasaremos a contemplar la constitucin de cada uno de ellos, ya que consideramos que entra en la parte ms terica y pretendemos ajustarnos a lo esencial y prctico, el lector puede localizar las hojas de caractersticas si est interesado.El ajuste de la tensin de salida se realiza mediante la actuacin sobre un potencimetro (P1) y una resistencia (R1) para mantener el valor mnimo, de 5V que especifica el fabricante. Con el fin de mejorar la respuesta a los posibles transitorios, evitar auto oscilaciones y mejorar el filtrado, se utilizan unos condensadores electrolticos de baja capacidad a la entrada y salida de cada regulador, como se aprecia en la figura 309.En la figura 310, se puede apreciar el circuito completo correspondiente a la fuente de alimentacin simtrica. Los componentes necesarios, corresponden a la versin de la derecha con el LM337 y LM338, por seguir fabricndose en la actualidad. Se necesitan: C1, C2 =3300f/63VIC1 = LM338(+1,2 a 32V)R1, R2 =120 a 240

C3, C4 =1000f/63VIC2 = LM337(-1,2 a 37V)PR =80C3300

C5, C6 = 470f/63VP1, P2 =Pot. Lin 10kWTr=Transfo. 220V :24V+ 24V

Fig. 310 La tensin suministrada por el secundario del transformador T1, constituido por dos secundarios simtricos (del mismo valor 24V), se rectifica mediante el puente rectificador PR, y posteriormente se filtra mediante los condensadores electrolticos idnticos C1 y C2 los cuales se cargarn a la tensin de pico, tngase muy en cuenta en estos casos la tensin de trabajo de estos condensadores que ser de la suma de los dos polos, en este caso de 80V, la tensin obtenida a la entrada de los reguladores ser de aproximadamente 33,8V.Mediante los potencimetros P1 y P2, debe ser uno doble de modo que la tensin de salida sea idntica en cada ramal, para lograrlo se debe retocar la posible diferencia con el potencimetro de ajuste en serie. Si se desea, se puede ajustar independientemente la salida de cada ramal, al valor deseado utilizando dos potencimetros independientes, en el margen de 5 a 28V. Los condensadores C5 y C6, mejoran la respuesta de los reguladores frente a los transitorios de conmutacin a la salida.En la siguiente figura presentamos una fuente simtrica ajustable que puede cubrir un amplio margen de usos en nuestro laboratorio o taller. Los valores estn incluidos en la misma figura.

De nuevo mediante los potencimetros P1 y P2 se puede ajustar independientemente la salida de cada regulador al valor deseado, en el margen de 0 a 30V. Los condensadores C5 y C6 de 47 a 100nf, mejoran la respuesta de los reguladores frente a los transitorios de conmutacin a la salida.Montaje.El montaje queda reducido y compacto al utilizar un circuito impreso (PCB). Se debe prestar especial atencin a no invertir la posicin de los condensadores electrolticos, as mismo, no intercambiar los reguladores, en la prctica se puede apreciar que los patillajes de ambos difieren entre s, lo que debe observarse con atencin ya que su inversin los destruye inmediatamente. El transformador, segn la lnea de red y 5A de salida por secundario.Las zona de contacto entre los reguladores y el refrigerador debe aislarse e impregnarse de silicona especial que, ayudar a disipar el calor sobre el radiador, poner especial cuidado en aislar todos los terminales de los mismos ya que igualmente se destruiran por cortocircuito.Los cables de conexin deben ponerse de suficiente seccin 2 o 3 mm , para no oponer ninguna resistencia y as evitar cadas de tensin al cargar la salida. Para poder controlar en todo momento el valor de la tensin de salida suministrada por la fuente, recomendamos incorporar en la caja, dos indicadores uno por rama, como voltmetros y si se desea dos como ampermetros (o galvanmetros).Utilizacin.Al terminar el montaje, la fuente quedar dispuesta para su inmediata utilizacin, sin necesidad de ajuste alguno, salvo el ajuste de los P1 y P2 para obtener la tensin deseada a la salida.En caso de cortocircuito, la corriente mxima quedar limitada a 7A, segn el propio fabricante evitando de este modo su destruccin. Se recomienda no probar si esto es cierto, debido al alto costo de estos reguladores y la hipottica posibilidad de que no acte el sistema de desconexin interna.Fuente ajustable de alta tensin.Esta, puede considerarse una fuente ajustable que nos puede proporcionar una tensin comprendida de 0 a 60V, con una corriente ajustable entre 0 y 2A. El excelente rendimiento y calidad del funcionamiento de esta fuente es de tal grado que, en cierto modo, puede utilizarse como fuente de alimentacin para laboratorio de electrnica. La fuente se ajusta a una tensin y corriente mxima prevista, y se conecta al dispositivo bajo prueba, si por alguna circunstancia, la corriente de consumo aumenta por encima de lo establecido, el sistema de seguridad se dispara y corta la tensin de salida, controlando la corriente de consumo. Sin embargo no pueden cruzarse los polos de salida. Caractersticas Tcnicas. Voltaje DC de salida regulable de 0 a 50V. Intensidad de la corriente de salida regulable de 0'5 a 3Amperios. Circuito de desconexin automtica del voltaje. Si se elige una corriente determinada mediante el potencimetro que controla su intensidady despus el circuito de carga tiene un mayor consumo de corriente, el circuito de controlautomtico, desconecta el voltaje, evitando as que se dae el circuito de carga. Si embargo, debe evitarse unir los cables de salida, lo que producir el deterioro de los transistores consecuente.(NO ES CORTOCIRCUITABLE) En este momento se iluminar un LED indicando la desconexin del voltaje y para restablecerlodebe apretar el pulsador RESET. Este circuito tambin acta de forma automtica en el caso de cortocircuito entre los cables desalida, desconectando el voltaje de salida. Para restablecer la corriente, pulse el RESET.Para esta fuente utilizaremos un circuito integrado que ya hemos mencionado, se trate del LM723, este circuito tiene una gran estabilidad y proporciona una alta precisin en el rango de tensiones que controla. El problema que surge radica en la particularidad de que su alimentacin no puede rebasar segn el fabricante los 37V, por seguridad nosotros vamos a poner el margen en los 30V.El esquema, que circula por Internet, al parecer, pertenece a un kit japons, al que he hecho unas modificaciones mnimas. para cubrir el margen de tensin de 0 a 60V y una corriente de 0 a 2A. Por supuesto que la corriente mxima puede aumentarse, si aadimos los transistores de potencia necesarios. Tngase en cuenta la potencia desarrollada, slo por citar un ejemplo, si la fuente entrega 12V a 2A tenemos una cada de tensin de 48V con 2A de consumo que nos da una disipacin de 100 Vatios, es una fuente no un calefactor, as que, cuidado.

Debe prestarse mucha atencin a la forma en que trabajan los dos transistores BC327 del circuito de proteccin de corriente, los cuales trabajan en saturacin al corte, otro slo se ocupa de activar un LED indicador de sobre-carga, cuando ste se encienda caer la tensin de salida y habr que presionar el pulsador de RESET previsto para el caso. Esto activar la tensin de salida de nuevo.Como ya se ha mencionado, esta fuente dispone de un control de intensidad, el cual desconecta la tensin de la salida. Esto no quiere decir que admita el cruce de los cables (positivo y negativo) de salida. Debemos evitar en lo posible esta circunstancia ya que provocara la destruccin de los transistores y otros componentes del circuito, debe tenerse en cuenta que, estamos tratando con potencias respetables. Por ejemplo: 5V y 2A de salida, esto representa 65V - 5V = 60V que deben disipar los transistores de salida por 2A, estamos hablando de la potencia en perdidas de 120 Vatios como una pequea "estufa elctrica", este calor, ms el calor producido por los 10W del consumo que aprovechamos, estos 130W se deben evacuar entre los radiadores y un ventilador que le ayude a bajar la temperatura que produce este "calefactor", de lo contrario, puede imaginarse el resultado.

F. ALIMENTACIN DE LABORATORIO.Cuando necesitamos disponer de una fuente de alimentacin para laboratorio, con ciertas caractersticas, es buena prctica tomarse un tiempo meditando las necesidades que queremos abarcar, es decir, hemos de considerar los mrgenes de tensin entre los que podemos vernos obligados a utilizar. Entre las opciones, es muy conveniente disponer siempre de una tensin mnima de 0 Voltios, hasta alcanzar la tensin mxima prevista o lo que nos permita la economa, es decir, interviene el precio del transformador separador, el cual representar aproximadamente del 55 al 60% del costo de la fuente de alimentacin de laboratorio. Una vez hayamos elegido la tensin que 'podemos' utilizar (pensar que la tensin de salida del transformador se ha de multiplicar por (2) raz cuadrada de 2, revisar lecciones anteriores).El transformador, es la parte ms importante de la fuente de alimentacin, un objeto a tener muy en cuenta por dos razones; por su tamao y el costo, sin duda, los condensadores electrolticos, para filtrar el rizado residual, un tamao a considerar, prestar atencin a la tensin de los mismos, sta debe ser aproximadamente el doble de rectificada. En segundo plano quedan el resto de componentes pasivos, as mismo, como la etapa de potencia que depende del tipo, personalmente recomiendo si es posible el encapsulado TO-3 por su robustez y fcil disipacin (transistores de salida en este caso 2N3055, permiten hasta 60V de salida). Ojo! Deben aislarse elctricamente cada uno de los transistores mediante un separador de mica o nylon y silicona, con el mencionado refrigerador de aluminio.La caja metlica y los instrumentos de medida, tales como el Voltmetro y el Ampermetro, son importantes. En caso de no disponer de un Voltmetro y el Ampermetro de los valores deseados y querer una aproximacin mayor, utilizaremos dos microampermetros (A), idnticos de 100A. Esto requiere aadir una resistencia en serie para el voltmetro y una resistencia (en shunt) o paralelo para el ampermetro. Estas se deben calcular.Las caractersticas del transformador una vez ms, deben decidirse dependiendo de la tensin que deseemos a la salida de nuestra fuente de alimentacin. La tensin de salida mxima a plena carga se considerar aproximadamente igual al producto de la tensin nominal del secundario por la raz cuadrada de 2 (2=1,4142). Para la corriente de salida puede calcularse que, el transformador debe proporcionar una corriente alterna igual al producto de 1.4142 por la corriente mxima exigida a la salida. Podemos decir que, para una corriente de salida de 3A el transformador suministrar aproximadamente 4A.Para estabilizar una tensin, como se ha indicado ms arriba, puede optarse entre dos procedimientos: la estabilizacin en paralelo o la estabilizacin en serie. En el primer caso, se monta el transistor de regulacin en paralelo con la carga; mientras que en el segundo caso, el transistor se coloca en serie con la carga. El mtodo ms extendido de ambos, es el segundo por su mayor control y es el que adoptaremos en nuestro circuito, no hay pues, nada nuevo hasta ahora. Es en el tipo de regulacin en donde radica la novedad.Comencemos por examinar el esquema de la fuente de alimentacin de precisin de la figura 312, en el que se aprecian dos amplificadores operacionales IC1 e IC2, un transistor T de potencia de paso en serie, una fuente de corriente de referencia (Uref y R) y un potencimetro P1. El segundo amplificador operacional (IC1 en el diagrama), es el responsable de la limitacin de corriente de salida. La tensin a extremos de la resistencia de emisor Rs del transistor T es proporcional a la corriente de salida. Una parte de esta tensin de referencia se deriva por la posicin de P2 y se compara con la tensin a travs de Rs mediante el operacional IC1. Cuando la tensin en Rs se hace ms alta que la establecida por P2, el amplificador operacional reduce la corriente de base de T hasta lograr que la diferencia sea cero. El diodo LED, situado a la salida de IC1, funciona como un limitador de corriente.

Fig. 312 Diagrama de bloques de la fuente de alimentacin. La Tensin de Referencia.Lo esencial del circuito es la fuente de tensin Uref con una resistencia R. Debido a que como bien se sabe, un amplificador operacional tiende a anular la diferencia de potencial entre sus entradas, regulando la seal de salida reinyectada en la entrada inversora, as pues, la tensin de salida es siempre igual a la tensin existente en la entrada no inversora.La resistencia en serie R, est efectivamente colocada entre las dos entradas del amplificador operacional. No obstante, debido a la alta impedancia que ofrecen dichas entradas, al menos tericamente, ninguna corriente podr penetrar en el amplificador operacional. Entonces, la corriente derivada de la fuente de referencia seguir el recorrido que muestra la lnea de trazos en el diagrama de bloques. Puesto que U1 = U2 (el amplificador operacional se encarga de que se cumpla) la corriente ser constante, independientemente de la posicin del potencimetro P1 as como, del valor de la resistencia de carga. El valor de esta corriente ser Uref/R, lo que genera una tensin a extremos del potencimetro P1 que el amplificador operacional corrige en su salida, mientras que la corriente de referencia se compensa mediante la carga. Lo cual nos proporciona un circuito que nos entrega una corriente de referencia constante incluso a 0 voltios, mediante una fuente de tensin de referencia y una resistencia.EL ESQUEMA.El circuito de la fuente de alimentacin, mostrado en la figura 313, est compuesto por dos fuentes de alimentacin que de alguna manera son independientes entre s. La potencia de la etapa de salida, la proporciona el secundario del devanado S2 de 35V/4A y la potencia para la fuente de referencia y alimentacin de los amplificadores operacionales, la proveer el secundario S1 de 12V/0'5A, en el caso de utilizar un transformador de dos secundarios, en caso de dos transformadores, S2 = Tr1 y S1 = Tr2.La alimentacin de 12V est constituida por S1 (Tr1) un rectificador en puente B1 y dos condensadores C1 y C2. La tensin de referencia ser suministrada por el A723 (IC1), los componentes asociados a l se han elegido para proporcionar una tensin de referencia de 7'15V. Esta ltima aparece en la unin R4/R5 (R en el terico), R15/R16 y R9. Los valores de R4 y R16 dependen directamente de la magnitud mxima de tensin y corriente de salida, sera conveniente utilizar un potencimetro ajustable, mientras se realiza el calibrado de la fuente, luego se pueden sustituir por las resistencias de valores apropiados.En la figura 313, se presenta el esquema general de la fuente de alimentacin para laboratorio, esta fuente es la que utilizo personalmente en mi 'labo'. Por cierto, la hice siguiendo los pasos de una revista en la que sali hace bastantes aos, como da muy buen resultado no creo que haga falta cambiar nada. En el esquema, T2 (BD241 o similar) proporciona la corriente de base de los transistores T3, T4 y T5, conectados en paralelo, cuyas salidas (Emisores) estn compensadas mediante las resistencias de alta potencia (3W), las cuales entregan la salida de la fuente de alimentacin a travs de R21 de 0'22 y 3W.

Click para ampliar El haber empleado los 2N3055 conectados en esta forma, proporciona una corriente de 3 Amperios con suma facilidad y se puede considerar una forma bastante econmica. Por supuesto utilizando refrigerador adecuado y si es posible un pequeo ventilador de PC. Con los 2N3055 y un transformador adecuado, podemos alcanzar los 60V de salida, cuidando de no olvidar las tensiones de los electrolticos. Las Salidas +Us positiva y -Us negativa, son las correspondientes a los hilos sensores, en caso de que la toma de tensin sea muy larga y de alta corriente, debera ponerse, para compensar las prdidas. EL CIRCUITO (PCB).En la figura 314, se presenta la placa de circuito impreso (PCB) y algn detalle de montaje, ms abajo la lista de componentes.

ENSAMBLADO.Como de costumbre, asegrese que no hay cortos ni cortes en el PCB y empiece por soldar los zcalos, las resistencias, los condensadores, los diodos y puentes rectificadores, cada uno en su destino. Si dispone de condensadores axiales, se pueden acoplar segn sus siluetas, en caso contrario, observe que se dispone de perforaciones alternativas, la figura 314 es orientativa. Los condensadores, deben ser de tensin algo mayor a la de trabajo, en este caso al menos 63 voltios.Las resistencias R17 a R22 de 0'22 deben escogerse de cermica de 3W, para disipar el calor, para la R17 de 3W, 10 , al instalarlas, tenga la precaucin de separarlas de la superficie del circuito impreso. Los Transistores T2 a T5 deben montarse sobre un radiador de aluminio, mediante sus respectivos aisladores de mica o nylon, adems de utilizar pasta de silicona si es posible, para que el calor se transfiera ms rpidamente al radiador, como ya se ha mencionado. PUESTA EN MARCHA Y AJUSTE.Para la puesta en marcha, es aconsejable, conectar las dos tensiones alternas de los secundarios a sus respectivos puentes, los dos potencimetros P1(Voltaje) y P2 (Intensidad) y por precaucin en principio slo T1 y T2 (Despus del ajuste, ya conectar el resto T3, T4 y T5), no inserte los IC. Alimente el circuito y compruebe que la tensin, a extremos de C10 est al nivel esperado, haga lo mismo con C1 (+12V) y C2 (+12V), esto se confirma, si a extremos entre +C1 y -C2 hay 24 Voltios, mximo. Asegrese que, la tensin entre las patillas 11-12 del zcalo del LM723 y la patilla 7 (la alimentacin del LM723) es de 12V, mximo 14V. Esto nos evitar algn disgusto. Inserte los circuitos integrados y compruebe que no se calientan los IC. Si se calienta el LM723, debe volver comprobar que, la tensin entre el pin11 y el pin7 es de 12V, si es as, cambie el LM723, tiene un consumo excesivo y no es correcto. A extremos de C5, disponemos de la tensin de referencia. A extremos de R9 debe haber 7'15V.

Ensamblado de la fuente.Preste especial atencin a los valores de tensin de los condensadores C9 y C10, dependen de la tensin de alimentacin de potencia que, suministra el segundo transformador. Se permite casi cualquier tensin de salida, con tal que no supere la tensin colector-emisor de los transistores de potencia T2..T5. Para tensiones mayores, deben sustituirse los 2N3055 que permiten 60V mximo. Ahora, debera conectar los transistores T3, T4 y T5, vuelva a comprobar las tensiones. En cuanto a las resistencias R4 y R16 como ya se ha mencionado, se montarn durante el ajuste ya que su valor final depende de la magnitud mxima de la corriente y tensin de salida. Girar los potencimetros de ajuste P3 y P4 para la tensin y corriente de salida, al mximo.Poner P1, en posicin mxima, alimentar el circuito y conectar un polmetro a la salida. Mediante aproximaciones sucesivas o tanteo, determinar el valor de R4 en paralelo con R5, esto proporcionar la tensin mxima de salida, entonces podr soldarse R4 en su lugar. Como se aprecia en la foto, sugiero usar un pot. ajustable de 10k y cuando se logre el ajuste, cambiar el potencimetro por una resistencia de valor similar y soldarla, aunque no es imprescindible. Ahora, hay que repetir el paso anterior con P2 y R16 (en paralelo con R15), hasta hallar el valor adecuado para la corriente mxima. Poner la salida en cortocircuito y girar P2 al mximo y proceder a tantear como antes, cuando se consiga, sustituir por una de valor adecuado y ya podemos soldar R16, aunque tampoco es imprescindible. Finalmente ajustemos los potencimetros P3 y P4 los utilizaremos como potencimetros de ajuste para calibrar la tensin y corriente de salida que podremos visualizar por medio de los galvanmetros dispuestos a tal fin. Esta previsto para que utilicemos dos instrumentos idnticos, como micro ampermetros, como se describe ms arriba.Para adquirir el dibujo ( en formato pdf) para imprimir y obtener as la placa PBC, siga este enlace

Principio del formulario

Final del formulario

Listado de componentes:LISTADO DE COMPONENTES

ResistoresValorCapacitoresValor

R1,R3,R6,R8,R12R13,R14=4k7C1,C2=1000 f/35V

R2=22C3=100f/63V

R4,R16=ver textoC4,C7=100 pf/63V

R5=10kC5=10 f/35V

R7,R10=1kC6=1 nf/63V

R9=2k2C8=56 pf/63V

R11=470/1W C9=47 f/63V

R15=15kC10=4700f/63V

R17=10/1WC11=820 pf/63V

R18,R19,R20,R21=0,22/3WC12=100nf/63V

R22=4k7/1WSemiconductores

R23,R24=47B1=P. rectificador B40C1000

R25=5k6B2=P. rectificador B80C5000/3300

R26=270kD1,D8=Diodo rectificador 1N4007

P1=pot. 50k lin.D2...D5=Diodos Schotkly 1N4148

P2=pot. 1k lin.D6=Diodo zener de 3V3 400mW

P3=pot. ajust. 2k5D7=Diodo Led rojo

P4=pot. ajust. 250kT1=BC559C PNP transistor

VariosT2=BD241 NPN transistor

S1=Interruptor bipolarT3,T4,T5=2N3055 NPN transistor

M1,M2=Galvanmetro 100 AIC1=A723C regulador

Tr1=Transformador de red 2x12V/0.5AIC2,IC3=A741 OpAmp

Tr2=Transformador de red 33V/4A

F1=Fusible 2'5 A

Da=Disipador de Aluminio 3x 2N3055

Los comentarios sern bienvenidos.REVISIONES:30/08/11. Se incluye, banner de PayPal, para adquirir PDF del dibujo PCB.26/10/09. A peticin, se puntualiza en el ajuste de la fuente.16/07/09. A peticin, se aade lista completa de componentes fig.307C.24/04/09. Se aade imagen del ensamblado de 1987.25/07/08. Aado notas que aclaran conceptos. Modifico esquemas de las figuras 306 y 313. 20/09/07. Modificar errores T1 es PNP y R17 es de 10 14/06/04. Mejoras en: la primera, segunda y tercera parte y figuras. 04/12/02. Cambios en los valores de C1 y C2 por los correctos.03/10/02. Mejoras en las imgenes del esquema electrnico, el PCB y calidad.18/05/01. Presentacin de la leccin.

Hispavila.com. | Soporte | declaracin de privacidad | LSSI | Pngase en contacto con nosotros Web Creada: Ago. 21, 2000Revisado:30-08-2011

ScribdSubirPrincipio del formularioBuscarFinal del formularioExplorarDocumentos Libros: ficcin Libros: no ficcin Salud y medicina Folletos o catlogos Documentos del gobierno Manuales y guas prcticas Revistas y diarios Recetas y mens Material acadmico + todas las categoras Destacado RecientesPersonas Autores Estudiantes Investigadores Editoriales Gobierno y entidades sin fines de lucro Empresas Msicos Artistas y diseadores Profesores + todas las categoras Los ms seguidos Popular Geremy Eliezer GarciaPor medio de Facebook podremos personalizar su experiencia.Ms informacinDesactivar Ver perfil pblico Mis Documentos Mis Colecciones Mi estante Mensajes Notificaciones Cuenta Ayuda SalirinShare0 Insertar Doc Copiar direccin Readcast Colecciones ComentarVolverDescarga

1TUTORIAL RECTIFICACIN CORRIENTE ELCTRICAMONOFSICAVERSIN 1 ELABORADO POR:LUZ ADRIANA CARDONA FLREZTECNLOGA EN ELECTRNICA INDUSTRIAL SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENACENTRO DE LA INNOVACIN LA AGROINDUSTRIA Y ELTURISMO RIONEGRO, ANTIOQUIA2010

2INTRODUCCINSe considera que la electrnica comenz con el diodo de vaco (tubode vacio) inventado por John Ambrose Fleming en 1904. Elfuncionamiento de este dispositivo est basado en el efecto Edison.Edison fue el primero que observ en 1883 la emisin termoinica, alcolocar una lmina dentro de una bombilla para evitar elennegrecimiento que produca en la ampolla de vidrio el filamento decarbn. Cuando se polarizaba positivamente la lmina metlicarespecto al filamento, se produca una pequea corriente entre elfilamento y la lmina. Este hecho se produca porque los electronesde los tomos del filamento, al recibir una gran cantidad de energaen forma de calor, escapaban de la atraccin del ncleo (emisintermoinica) y, atravesando el espacio vaco dentro de la bombilla,eran atrados por la polaridad positiva de la lmina. Revisin de algunos conceptos bsicos de los rectificadores. Ladistribucin de energa elctrica se hace, esencialmente, en corrientealterna, debido, principalmente, a la facilidad de adaptacin del nivelde tensin por medio de transformadores.Sin embargo, en muchas aplicaciones, la carga alimentada requiereuna tensin continua. La conversin AC/CC es realizada porconvertidores estticos de energa, comnmente denominadosrectificadores.Por tanto, un rectificador es un sistema electrnicode potencia cuya funcin es convertir una tensin alterna en unatensin continua.En una primera clasificacin, podemos diferenciar los rectificadores deacuerdo con el nmero de fases de la tensin alterna de entrada(monofsico, bifsico, trifsico, hexafsico, etc.). Dentro de estos,podemos diferenciar los rectificadores en funcin del tipo de conexinde los elementos (media onda y de onda completa). Otra posibleclasificacin es segn su capacidad de ajustar el valor de la tensinde salida, ello depende de si se emplean diodos o tiristores. Losrectificadores no controlados son aquellos que utilizan diodos comoelementos de rectificacin, en cuanto que los controlados utilizantiristores o transistores.

3RECTIFICADORES NO CONTROLADOS FUENTE DE VOLTAJE REGULADAEn general todos loscircuitos electrnicosfuncionan conalimentacin continua, sin embargo por su facilidad de generacin,transporte, transformacin y uso, la electricidad de la que se dispone,con ms facilidad, es alterna, en sus diversas formas. Es decir, nosiempre disponemos de una fuente elctrica continua, por lo que nosvemos obligados a convertir la electricidad alterna. Generalmentedisponemos en cualquier toma de un domicilio de 110VAC-RMS 220VAC-RMS, que deben ser tratados para poder alimentar los circuitoselectrnicos que contienen los equipos de msica, el aireacondicionado, un ordenador, un microondas, etc. Este es el punto departida de las fuentes de alimentacin y reguladores electrnicos, queson los encargados de adecuar los valores de la red de distribucin alos valores necesarios para que funcionen adecuadamente y nosufran daos dichos circuitos electrnicos, entre otros usos.El concepto defuente de alimentacinengloba el conjunto detransformacin, rectificacin y regulacin de la fuente elctricaprimaria.Para entender cada concepto y/o etapa de la fuente, vamos a vercada uno detalladamente y adems a desarrollar prcticas con cadaelemento, al final cada prctica lo llevara a la construccin de lafuente de alimentacin regulada. Los elementos principales que integran una fuente de voltajeregulada son:a.El transformadorb.El puente rectificador, rectificadores, o puente de diodos.c.El filtro (condensadores/capacitores)d.El regulador a.EL TRANSFORMADOR Una razn importante del gran empleo de la corriente alterna enproporcin a la continua es la facilidad con que se puede aumentar ydisminuir su voltaje gracias a los transformadores. Esto hace posiblegenerar energa en grandes cantidades en la fuente, que puede seruna planta hidroelctrica.Principio del funcionamiento. La base del funcionamiento de untransformador es la induccin electromagntica. En la figura se ilustrael transformador fundamental, que consiste en un ncleo de hierro ydos bobinados denominados primario y secundario. El ncleoproporciona un camino para el campo magntico y se construyegeneralmente de un gran nmero de chapas delgadas de un acero

4especial. El primario es el que recibe la energa de la lnea y elsecundario es el que da la energa a la carga. Transformador fundamental Representacin esquemtica del transformador. La teora del funcionamiento de un transformador es la quesigue:1.Cuando se conecta el primario a una fuente de FEM (fuerzaelectrmotriz) alterna, por el bobinado comienza a pasar unacorriente alterna.2.En cuanto fluye una corriente por un conductor se crea uncampo magntico alrededor de l. Si la corriente cambiacontinuamente en magnitud y la polaridad, el campo magnticoque se origina en el ncleo de hierro har lo mismo.3.El campo magntico alterno est, por tanto, continuamenteexpandindose y contrayndose. Como el circuito magntico escerrado, la variacin del campo magntico es la misma encualquier parte del ncleo.4.Las lneas magnticas al expandirse y contraerse cortarn a losconductores situados en cualquier parte del ncleo, y deacuerdo con el experimento de Faraday, en stos apareceruna fem inducida.5.Como a cada conductor sobre el ncleo le corta el mismo flujo,la fem inducida por vuelta ser la misma. Por tanto, el voltajeen cada bobinado ser proporcional al nmero de vueltas;expresado matemticamente, esto es

5Donde,EP= Tensin del primario.ES= Tensin del secundario.NP= Numero de vueltas en el primario.NS= Numero de vueltas en el secundario. 6. Se puede ver en esta ecuacin que el voltaje del secundario sepuede aumentar o disminuir eligiendo una relacin de vueltas. Funcionamiento del transformador al conectar la carga. Si seconecta el secundario a una carga, pasar una corriente a travs dela carga y tambin por el bobinado del secundario. La energa queconsuma la carga tiene que proceder de la lnea; de aqu que la cargaen el primario tenga que variar como en el secundario. En la figuraanterior se muestra que no existe conexin elctrica entre losbobinados del primario y el secundario. La energa consumida por lacarga se transfiere del secundario al primario por medio del flujomagntico. El rendimiento del transformador es muy alto, a menudosuperior al 95 por 100; de aqu que las variaciones en el secundariosean casi las mismas que en el primario. En estas condiciones lasintensidades varan inversamente con los voltajes. Matemticamente,esto es Donde,VP= Voltaje en el primario.VS= Voltaje en el Secundario.IP= Corriente en el primario.IS= Corriente en el Secundario Esta ecuacin muestra que al elevar el voltaje con un transformadorse disminuye la intensidad. Esta es la ventaja decisiva en lossistemas de transmisin de energa. Rendimiento. Todos los generadores, motores, transformadores uotros aparatos que transforman energa de una forma a otra pierdenparte de esta energa en el proceso. Si se emplea un motor degasolina para hacer girar a un generador, el motor suministra energamecnica al eje del generador, y esta energa se convierte en energa

6mecnica que pasa a la carga. Solo una parte de esta energamecnica se transforma en energa elctrica debido a las prdidas porfriccin y a las prdidas en el hierro y el cobre del generador. Elrendimiento es la expresin que se usa para indicar qu porcin de laenerga recibida por un aparato se aprovecha en la transformacin.Se puede definir el rendimiento como la relacin entre la salida y laentrada de cualquier aparato; matemticamente se expresa como: Fuente:http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/electronica/index.htm De la frmula:Tenemos:*p sspV N V N =Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo delnmero de espiras de cada bobinado, es decir,Elevador: voltaje entrada menor que en la salida, ejm. 120v en P y240v en SReductor: voltaje entrada mayor que en la salida, ejm. 240v en P y24v en S. Si se supone que el transformador es ideal. (La potencia que se leentrega es igual a la que se obtiene de l, se desprecian las prdidaspor calor y otras), entonces:

7Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps).Pi = PsSi tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, sepuede averiguar su potencia usando la siguiente frmula. Potencia (P) = Voltaje (V) x corriente (I) P = V x I (watts)Aplicamos este concepto al transformador y... P (bobinado primario) = P (bobinado secundario) y...La nica manera de mantener la misma potencia en los dosbobinados es que cuando el voltaje se eleve la corriente se disminuyaen la misma proporcin y viceversa. Entonces: As, para conocer la corriente en el secundario cuando tengo lacorriente Ip (corriente en el primario), Np (espiras en el primario) yNs (espiras en el secundario) se utiliza siguiente frmula:Is = Np x Ip / Ns Tenga en cuenta que un trasformador slo pasa el voltaje de unatensin mayor a una menor o viceversa, pero este voltaje siguesiendo alterno. Los transformadores pueden tener en el primario o secundario variasderivaciones, es decir, tienes ms de dos terminales, esto es con elfin de tener ms posibilidades de entrada o salida de voltaje. Ejm, en la figura 1, se puede observar un trasformador conderivaciones en el secundario, donde se obtiene, 12v, 6v, 3v, 9v, etc. Fig. 1

8En la figura 2 vemos un transformador con derivaciones en suprimario, el cual tienen dos posibilidades de alimentacin, entre losextremos se puede conectar a 220v o entre el centro y un extremo sepuede conectar a 110v. Fig. 2Anexos transformadores http://www.alipso.com/monografias/transforma/ http://www.monografias.com/trabajos11/tradi/tradi.shtml http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador Prctica Para desarrollar la prctica tomaremos un transformador reductorreferencia 509, este transformador se compone de variasderivaciones. Realizar los siguientes pasos en orden.1.Tomar el transformador e identificar las conexiones del primarioy del secundario.2.Tomar el ohmetro y medir las siguientes resistencias, tomarnota.a)Resistencia entre los terminales 0-110vb)Resistencia entre los terminales 9-9c)Resistencia entre los terminales 6-6d)Resistencia entre los terminales 9-0e)Resistencia entre los terminales 6-0f)Resistencia entre los terminales 9-6 (identificar de que forma leda una medida mayor y una menor )g)Resistencia entre los terminales 9-6 (identificar de que forma leda una medida mayor y una menor )

93.Conectar el transformador por medio de las terminales 0-110va travs del cable de potencia a 110v.4.Tomar el multmetro en la seccin de voltaje AC y repetir lamediciones de numeral 2, pero teniendo en cuenta que esta vezest midiendo voltaje.5.Observe que hay una relacin entre la resistencia de lasterminales y el voltaje en las mismas, se cumple la ley de ohm,a mayor resistencia, mayor voltaje. b.EL DIODO SEMICONDUCTOR DescripcinEl diodo semiconductor, es un dispositivo construido por un canal N yun canal P, su caracterstica principal es la de permitir el paso de lacorriente elctrica en un solo sentido. Bsicamente, la estructura deldiodo la constituye la unin de los materiales de semiconduccin, tipo"N" y el tipo "P"; cuya unin o contacto que se produce entre lasuperficie de dos materiales, viene a formar una especia de pelculadominada juntura. Sus terminales se nombran como nodo (terminalpositivo) y ctodo (terminal negativo). Si la corriente trata de ir de nodo (A) a Ctodo (K), el diodopermite el paso de corriente; idealmente asumimos el diodo como uncortocircuito. Si la corriente trata de ir de ctodo a nodo, el diodo nopermite el paso de corriente; idealmente asumimos que el diodo secomporta como un circuito abierto. Tipos de diodosDiodos LED. (Light Emitting Diode) Los LEDs son diodossemiconductores que emiten luz cuando se hacepasar una corriente de nodo a Ctodo. El LED es un diodo que presenta un comportamientoparecido al de un diodo rectificador sin embargo, sutensin de umbral (de funcionamiento), se encuentraentre 1,3 y 4v dependiendo del color del diodo.

10Colours of LEDs(con el acompaamiento del docente de ingls,traduzca.)LEDs are available in red,orange, amber, yellow, green,blue and white. Blue and whiteLEDs are much more expensivethan the other colours. The colour of an LED isdetermined by the semiconductor material, not by the colouring of the 'package' (the plastic body). LEDs of all colours are available inuncoloured packages which may be diffused (milky) or clear (oftendescribed as 'water clear'). The coloured packages are also availableas diffused (the standard type) or transparent. CompuestoColorArseniuro de Galio (GaAs) InfrarrojoArseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) Rojo e infrarrojoArseniuro fosfuro de galio (GaAsP) Rojo, naranja y amarilloNitruro de galio (GaN) VerdeFosfuro de galio (GaP) VerdeSeleniuro de zinc (ZnSe) AzulNitruro de galio e indio (InGaN ) AzulCarburo de silicio (SiC) AzulDiamante (C) UltravioletaColorTensin en DCIntensidad mxima( ILED ) mAIntensidad media( ILED )mAInfrarrojo 1,3vRojo 1,7v 20 5-10Naranja 2,0v 20 5-10Amarillo 2,5v 20 5-10Verde 2,5v 20 5-10Azul y blanco 4,0v 20 5-10

11El conocimiento de esta tensin es fundamental para el diseo delcircuito en el que sea necesaria la presencia de los leds, normalmentese le coloca en serie una resistencia que limita la intensidad quecircular por l. Cuando se polariza directamente se comporta comouna lamparita que emite una luz cuyo color depende de losmateriales con los que se fabrica. Cuando se polariza inversamenteno se enciende y adems no deja circular la corriente.La intensidad mnima para que un diodo LED emita luz visible es de4mA y, por precaucin como mximo debe aplicarse 50mA.Para identificar los terminales del diodo LED observaremos como elctodo ser el terminal ms corto, siendo el ms largo el nodo.Adems en el encapsulado, normalmente de plstico, se observa unchafln en el lado en el que se encuentra el ctodo. Se fabrican algunos LEDs especiales:LED bicolor. Internamente contiene dos LEDs de diferente color.Son LED de tres terminales: un nodo comn y dos ctodos unopara el rojo y otro para el verde. Su encapsulado estransparente, a diferencia del LED comn.LED laser. Diodos que emiten luz lser, la cual tiene un alcancemucho mayor que la luz visible. La emisin de luz es dirigida enuna sola direccin. Se emplean en sistemas de seguridad y comogua en armas de fuego, y apuntadores.LED de chorro. Emiten luz visible de largo alcance. Se empleanen circuitos de sealizacin que debe ser visto a gran distancia.LED Infrarrojo. Emiten luz infrarroja, no visible para el ojohumano, lo cual la hace indicada para sistemas de seguridad.Otros LED de emisin mltiple. Son LEDs que despus deunos segundos de estar energizados cambian el color de la luzque emiten, pueden pasar de azul a amarillo, luego a verde,naranja, rojo, y as de forma ccilica. Nota:los LEDs nunca deben ser conectados directamente a unafuente de voltaje, ya que su resistencia interna es muy pequea y lacorriente que se genera los daa. Se deben conectar a la fuente atravs de una resistencia, cuyo valor es proporcional al voltaje de lafuente (300 para 5v).

12Es necesario utilizar una resistencia limitadora en serie para evitarque la excesiva corriente lo queme. En realidad la frmula a aplicar no es otra cosa que la tradicional leyde Ohm aplicada a un circuito en serie:RS = (Vdd - Vf) / If Donde Rs es el valor de la resistencia,Vdd es la tensin de alimentacin,Vf es la tensin requerida por el LED eIf es la corriente del mismo. Veamos un ejemplo para colocar un LED rojo en el auto...RS = (12v - 1.7v) / 10mA = 10.3v / 10mA = 1000LEDs en SerieLos diodos se pueden conectar en serie siempre quela suma de las cadas de tensin sea menor que latensin de alimentacin.La frmula a utilizar para el clculo de la resistencialimitadora es: V-NV led R=--------------- I Donde N es el nmero de Leds conectados en serie.LEDs en ParaleloPara conectar varios Leds en paralelo solo tendremosque calcular el valor de la resistencia para un Led (sison del mismo color) y luego los ponemos como enla figura. En este caso habr que tener cuidado conla intensidad de la fuente de alimentacin que deber ser superior ala suma de todos los Leds.

13EjercicioCalcule la resistencia para conectar los siguientes circuitos:a.un led rojo para mxima intensidad y voltaje de alimentacinde 12V.b.Un led verde para media intensidad y voltaje de alimentacinde 9V.c.Un led amarillo y uno verde en paralelo para mximaintensidad y voltaje de alimentacin de 5V. Pida al docente las resistencias que calcul y los leds y monte cadauno de los circuitos. Tome las medidas a cada elemento del circuito y complete lasiguiente tabla. ResistenciaColores de lasresistenciasLED VoltajeMedidoen RCorrienteMedidaen RVoltajeMedidoen LedCorrienteMedida enledRojoVerdeAmarilloVerde Responda. Cmo se comporta la intensidad de luz del led verde enlos circuitos b y c.? NOTA: Ver anexos del protoboard para aprender a utilizarlo.Diodos zenerSe emplean para producir entre sus extremosuna tensin constante e independiente de lacorriente que las atraviesa segn susespecificaciones. Para conseguir esto seaprovecha la propiedad que tiene la unin PNcuando se polariza inversamente al llegar ala tensin de ruptura (tensin de zener),pues, la intensidad inversa del diodo sufre unaumento brusco. Para evitar la destruccindel diodo por la avalancha producida por el aumento de la intensidadse le pone en serie una resistencia que limita dicha corriente. Seproducen desde 3,3v y con una potencia mnima de 250mW.Los encapsulados pueden ser de plstico o metlico segn la potenciaque tenga que disipar. Diodos Rectificadores

14Su construccin est basada en la unin PN siendo su principalaplicacin como rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente desilicio) soportan elevadas temperaturas (hasta 200C en la unin),siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensin inversa muypequea. Gracias a esto se pueden construir diodos de pequeasdimensiones para potencias relativamente grandes. Sus aplicacionesvan desde elemento indispensable en fuentes de alimentacin comoen televisin, aparatos de rayos X y microscopios electrnicos, dondedeben rectificar tensiones altsimas. En fuentes de alimentacin se utilizan losdiodos formando configuracin en puente(con cuatro diodos en sistemasmonofsicos), o utilizando los puentesintegrados que a tal efecto se fabrican y quesimplifican en gran medida el proceso dediseo de una placa de circuito impreso. Los distintos encapsulados de estos diodos dependen del nivel depotencia que tengan que disipar. Hasta 1w se emplean encapsuladosde plstico. Por encima de este valor el encapsulado es metlico y enpotencias ms elevadas es necesario que el encapsulado tengaprevisto una rosca para fijar este a un radiador y as ayudar al diodoa disipar el calor producido por esas altas corrientes. Igual le pasa alos puentes de diodos integrados. Debemosdiferenciarentre dos tipos de diodos:Diodo Rectificador. Se utiliza para aplicaciones de potencia ybaja frecuencia.Diodo de suicheo. Se utiliza para aplicaciones de alta frecuenciay baja potencia.Localizacin de los electrodos en el diodo de semiconduccinCuando el diodo carece de algn dato para conocer los electrodos deldispositivo, podemos emplear el ohmetro, cuyo instrumento

15directamente aplicado a los extremos del rectificador seintercambiar de la siguiente manera: Tambin podemos determinar si esta bueno o malo por la medida queregistra, si midiendo de ambos lados la lectura es infinita (muy alta),el diodo est abierto, si la lectura registra continuidad el diodo estaen corto. Utilizacin.Los diodos rectificadores se utilizan en circuitos rectificadores devoltaje, los cuales convierten una seal alterna en una seal DC (ej:fuentes de voltaje). Los diodos de suicheo se emplean en circuitos deconmutacin rpida, se conectan en antiparalelo con el elemento quese suichea (motor, rel, bobina, etc.) Funcionamiento del diodo rectificadorDiodo Ideal en DCEnPolarizacin directa(Positivo de la fuente con nodo del diodo)se comporta como un cable un SW, es decir no hay cada de tensinen l, pero si hay corriente circulando por el circuito.

16Enpolarizacin inversa(Positivo de la fuente con ctodo del diodo)se comporta como un circuito abierto SW abierto, la cada detensin en l es la misma de la fuente y no hay corriente circulandopor el circuito, es decir I=0A Diodo real en DCEnPolarizacin directa(Positivo de la fuente con nodo del diodo)se comporta como un SW cerrado, pero hay una cada de tensin enl, este voltaje depende del material del diodo, para el Silicio (Si)entre 0,6 y 0,7v y para el Germanio (Ge) entre 0,2 y 0,3v. Tambinhay una corriente circulando por el circuito. Enpolarizacin inversa(Positivo de la fuente con ctodo del diodo)se comporta como un circuito abierto SW abierto, la cada detensin en l es aproximadamente igual a la tensin de la fuente, hayuna pequea (muy pequea) corriente circulando por el circuito, estatiende a cero.

17POLARIZACINCIRCUITOCARACTERSTICASDIRECTA:el nodo seconecta al positivo dela batera, y el ctodoal negativo. El diodo conduce con una cada detensin de 0,6 a 0,7V.El valor de la resistencia interna esmuy bajo. Se comporta como uninterruptor cerradoINVERSA: el nodo seconecta al negativo yel ctodo al positivode la batera El diodo no conduce y toda latensin de la pila cae sobre l.Puede existir una corriente de fugadel orden de uA.El valor de la resistencia internasera muy alto. Se comporta comoun interruptor abierto. El diodo rectificador en AC Circuitos RectificadoresSon circuitos que convierten seales alternas en seales de una solapolaridad (positiva o negativa) segn su configuracin, estos son demedia onda o de onda completa y segn la fuente AC usada sonmonofsicos o polifsicos. Para observar los voltajes y corrientes en el diodo examinamos doscircuitos bsicos a continuacin.Rectificador de media onda positiva.El diodo slo conduce en una direccin, por lo tanto solo deja pasar la onda positiva.

Estas formas de onda slo se pueden apreciar con osciloscopio. A continuacin se pueden apreciar las graficas de respuesta de lcircuito ante una seal alterna. Durante el semiciclo positivo de la tensin del secundario el diodo se polariza en forma directa, con lo cual a la salida del circuito se tiene una media onda positiva. Sin embargo durante el semiciclo negativo el diodo se encuentra en polarizacin inversa y no conduce.Vp de entrada es igual al Vp de la salida. El nivel de voltaje DC en la resistencia (VDC) va a ser igual a: VDC=(0.318)*Vp De donde 0.318 es una constante (1/) Rectificador de media onda negativaEl diodo se conecta inverso al anterior, y como slo conduce en una direccin, deja pasar la onda negativa.

Durante el semiciclo positivo de la tensin del secundario el diodo sepolariza en inversa y no conduce. Sin embargo durante el semiciclonegativo el diodo se encuentra en polarizacin directa con lo cual a lasalida del circuito se tiene una media onda negativa.Vp de entrada es igual al Vp de la salida. Rectificador de onda completa con dos diodos.Circuito rectificador con transformador de tab central(0v), tomando eltab central como referencia En el primer semiciclo VAes mspositivo que VB, conduce el diodo D1 yD2 est abierto, VRVA. En el segundo semiciclo conduce eldiodo D2 y D1 est abierto, VR VB, serepite el proceso cada ciclo. Esto dacomo resultado que la corriente en lacarga rectificada circula durante los dos

20semiciclos. En el cual el voltaje en RL estar dado por: VDC= (0.636)*Vp La grfica muestra el voltaje de salida en la carga RLRectificador de onda completa con puenteEn este circuito el transformador es alimentado por una tensin enAC. Los diodos D1 y D3 son polarizados en directo en el semiciclopositivo, los diodos D2 y D4 son polarizados en inverso. Ver que lacorriente atraviesa la resistencia RL. En el semiciclo negativo, la polaridad del transformador es el inversodel caso anterior y los diodos D1 y D3 son polarizados en sentidoinverso y D2 y D4 en sentido directo. La corriente como en el casoanterior tambin pasa por la carga RL en el mismo sentido que en elsemiciclo positivo. Ver sentido de corriente.

21La diferencia entre el rectificador de onda completa con dosdiodos y el de puente es que en el primero solo se obtiene lamitad del voltaje de la entrada, mientras que con el de puentese puede aprovechar todo el voltaje con que se alimenta.Diodos Zener y aplicacionesLos diodos Zener se usan en circuitos recortadores, reguladores devoltaje, referencias de voltaje.Es un diodo que tiene un voltaje de avalancha relativamente bajo,menor de 100v. Aunque puede funcionar como rectificador la mayorade aplicaciones se basan en hacerlo funcionar en la zona deavalancha como regulador de voltaje, all el diodo conduce ymantiene un voltaje entre sus terminales que es el voltaje Zener (VZ)o de avalancha. La mxima corriente que puede conducir es: Ejemplo: Cul es la mxima corriente en avalancha de un diodoZener de 1.5v y de 1w? Diodo Zener como elemento de proteccinSe coloca el diodo Zener en paralelo con el circuito a proteger, si elvoltaje de fuente crece por encima de VZel diodo conduce y no dejaque el voltaje que llega al circuito sea mayor a VZ. No se debe usarcuando VF> VZpor largos periodos de tiempo pues en ese caso sedaa el diodo. Se aplica acompaado de lmparas de nen o dedescargadores de gas para proteger circuitos de descargas elctricaspor rayos. Diodo zener como circuito recortadorSe usa con fuentes AC o para recortar seales variables que vienende elementos de medicin (sensores). Cuando VXtiende a hacerse

22mayor que VZel diodo entra en conduccin y mantiene el circuito conun voltaje igual a VZ. Conexin antiparalelo.Se usa para recortar en dos niveles, unopositivo y el otro negativo. Ejercicio. Responda:1.Como est compuesto un diodo.2.Cul es su caracterstica o funcin.3.Mencione tres tipos de diodos y su aplicacin.4.Describa el procedimiento para identificar los terminales deun diodo y como saber si est en buen estado.5.Diga tres posibles aplicaciones para los diodosrectificadores.6.Diga dos posibles aplicaciones para los diodos Zener.7.Describa el funcionamiento del diodo rectificador encorriente directa, y verifique su funcionamiento mediante lasimulacin en Work Bench(Software de simulacin). Mida elvoltaje y la corriente en cada elemento. Circuito 1 Circuito 2 8.

238.Describa el funcionamiento del diodo rectificador encorriente alterna.9.Monte en el Work Bench los circuitos rectificadores de mediaonda y onda completa y verifique su funcionamiento,recuerde que las ondas se visualizan en el osciloscopio. Pidaayuda al docente para el Work Bench.Mida la onda de entrada (transformador) con elosciloscopio.Mida la onda de salida (en paralelo a la resistencia) ydibjela.10.Pida los componentes al docente y monte el rectificadorde onda completa con puente en el board, y verifique sufuncionamiento, tome la tensin de 6v del transformador.Calcule la resistencia para el led.Mida la onda de entrada (transformador) con elosciloscopio.Dibuje la onda con su voltaje pico a pico y el perodo.Calcule la frecuenciaCalcule el voltaje RMS eficazMida el voltaje de entrada con el multimetro en laescala AC y comprelo con el Vef calculado.Mida la onda de salida DC (en paralelo a la resistencia)y dibjela Nota:Recuerde que el rectificador convierte la corriente AC en DC, por lo tanto la salida de este se debe medir con el multmetro en la escala del voltaje DC . c. CAPACITORES /CONDENSADORESCapacitancia Es muy fcil entender el fenmeno de la capacitancia pues se refierenicamente a la posibilidad de almacenar una carga elctrica pormedio de un dispositivo de construccin peculiar: el capacitor(tambin conocido como condensador).Un capacitor se forma cuando se colocan dos superficies demateriales conductores a una distancia muy cercana entre s,separados por un material no conductor (dielctrico); puede ser aire,vaco o cualquier otro material que no conduzca electricidad (figura1). Cuando a este dispositivo se le aplica una carga elctrica (pormedio de una batera o de cualquier otra fuente de electricidad) sepresenta el fenmeno que se ilustra en la figura 2.

24Note que las cargas positivas del extremo (+) de la pila seconcentran en la placa correspondiente, y lo mismo sucede con lascargas negativas del otro extremo; as, tenemos que en las placasque forman el capacitor se tiene una alta concentracin de cargas,que tratan de llegar hacia el otro extremo (ley de la atraccin decargas opuestas); sin embargo, este movimiento se ve impedido porla presencia del material aislante. En tal caso, la carga permaneceah, de modo que si sbitamente es retirada la alimentacin de lapila, en los extremos del capacitor permanece el voltaje aplicado porun tiempo indefinido (se dice que el condensador est cargado,figura 3A), hasta que se establezca una ruta de escape de la tensina travs de un medio conductor, en cuyo caso las cargas negativas(electrones) fluirn hasta el extremo positivo y neutralizarn la carga.Se dice entonces que el condensador ha quedado descargado (figura 3B). Cmo se produce este almacenamiento de energa? Por medio delcampo elctrico que se forma entre ambas placas (figura 4A).Recordemos que cuando hay un almacenamiento de cargas elctricasen un punto, alrededor de dicho punto se produce un campo elctricocuya magnitud depende de la cantidad de cargas acumuladas. Estecampo elctrico es fcilmente perceptible, por ejemplo, cuando

25encendemos un televisor y acercamos la mano a la pantalla (se sienteuna especie de cosquilleo en la piel). Concluimos entonces quecuando se aplica un voltaje a las placas de un condensador, lascargas elctricas acumuladas en sus extremos (positivas en una placay negativas en la otra) forman un campo elctrico de cierta magnitud,que tiende a atraer entre s a dichas cargas (recuerde que una cargapositiva atrae a una negativa, y viceversa).Entonces, si es retirada sbitamente la alimentacin de voltaje de losextremos del condensador, las cargas elctricas quedan pegadas enlas placas del capacitor, debido al campo elctrico que atrae unas yotras (figura 4B), y esta condicin permanece esttica a menos quese brinde a las cargas elctricas algn camino alternativo paraencontrarse y cancelarse mutuamente. Pues bien, esta caracterstica de almacenamiento de carga elctricadel condensador, ha encontrado infinidad de aplicaciones en lastcnicas elctricas y electrnicas, y es tal su importancia que se creuna unidad especial para denominar a la capacidad dealmacenamiento de un condensador; esta unidad es el faradio (F),que para efectos prcticos es un parmetro muy grande, por lo quese utilizan submltiplos como el picofaradio o el microfaradio (unabillonsima y una millonsima de faradio, respectivamente).Pronto se descubri que la capacidad de un condensador dependabsicamente de tres factores: 1) La superficie de las placas metlicas empleadas.2) La distancia que las separa entre s.3) El material aislante empleado en la separacin. Construccin de los capacitores de acuerdo al material aislante.PapelCermicos.Plstico (polister).Electrolticos.TantalioMontaje superficial

26Primeros condensadores: de papelA finales del siglo XVIII y principios del XIX, ya se podan fabricardelgadas lminas metlicas, pero producir materiales aislantestambin en placas muy delgadas era ms complicado, sin embargo,ya se contaba con un material que no conduca electricidad y sefabricaba de manera industr

Las Fuentes de Alimentación

Documents

Transcript of Las Fuentes de Alimentación