FUENTES DC

Introducción

Con este apartado no pretendo enseñar a calcular todos los parámetros de una fuente de

alimentación de forma analítica. Solo pretendo dar una orientación para que puedas

aprovechar al máximo la capacidad de todos los componentes que vayas a utilizar. Y

aprendas, si no lo has hecho ya, como funciona una fuente de alimentación.

En muchas ocasiones queremos conseguir rizados pequeños para evitar ruidos en la

alimentación y pensamos "le ponemos un condensador muy grande y ya esta". En esta

sección verás que esto no es una solución muy recomendable y te propondré otras

soluciones que considero mejores.

También aprenderás algunas cosillas muy básicas sobre estabilizadores de tensión,

como usar los mas sencillos, como minimizar las pérdidas debidas a disipación de calor,

en definitiva, como aprovechar al máximo los recursos de los que dispones.

Componentes de una fuente de alimentación:

La función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión

continua y lo mas estable posible, para ello se usan los siguientes componentes: 1.-

Transformador de entrada; 2.- Rectificador a diodos; 3.- Filtro para el rizado; 4.-

Regulador (o estabilizador) lineal. este último no es imprescindible.

1.- Transformador de entrada:

El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 220 o 120 V) a otra

tensión mas adecuada para ser tratada. Solo es capáz de trabajar con corrientes alternas.

esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también.

Consta de dos arroyamientos sobre un mismo núcleo de hierro, ambos arroyamientos,

primario y secundario, son completamente independientes y la energía eléctrica se

transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través del núcleo.

el esquema de un transformador simplificado es el siguiente:

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La corriente que circula por el arrollamiento primario (el cual esta conectado a la red)

genera una circulación de corriente magnética por el núcleo del transformador. Esta

corriente magnética será mas fuerte cuantas mas espiras (vueltas) tenga el arroyamiento

primario. Si acercas un imán a un transformador en funcionamiento notarás que el imán

vibra, esto es debido a que la corriente magnética del núcleo es alterna, igual que la

corriente por los arroyamientos del transformador.

En el arroyamiento secundario ocurre el proceso inverso, la corriente magnética que

circula por el núcleo genera una tensión que será tanto mayor cuanto mayor sea el

número de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente magnética que circula

por el núcleo (la cual depende del numero de espiras del primario).

Por lo tanto, la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de

espiras de primario y secundario. Como fórmula general se dice que:

V1 = V2 * (N1/N2)

Donde N1 y N2 son el número de espiras del primario y el del secundario

respectivamente.

Así por ejemplo podemos tener un transformador con una relación de transformación de

220V a 12V, no podemos saber cuantas espiras tiene el primario y cuantas el secundario

pero si podemos conocer su relación de espiras:

N1/N2 = V1/V2

N1/N2 = 220/12 = 18,33

Este dato es útil si queremos saber que tensión nos dará este mismo transformador si lo

conectamos a 120V en lugar de 220V, la tensión V2 que dará a 120V será:

120 = V2 * 18,33

V2 = 120/18,33 = 6,5 V

Por el primario y el secundario pasan corrientes distintas, la relación de corrientes

también depende de la relación de espiras pero al revés, de la siguiente forma:

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I2 = I1 * (N1/N2)

Donde I1 e I2 son las corrientes de primario y secundario respectivamente. Esto nos

sirve para saber que corriente tiene que soportar el fusible que pongamos a la entrada

del transformador, por ejemplo, supongamos que el transformador anterior es de 0.4

Amperios. Esta corriente es la corriente máxima del secundario I2, pero nosotros

queremos saber que corriente habrá en el primario (I1) para poner allí el fusible.

Entonces aplicamos la fórmula:

I2 = I1 * (N1/N2)

0.4 = I1 * 18.33

I1 = 0.4 / 18.33 = 21,8 mA

Para asegurarnos de que el fusible no saltará cuando no debe se tomará un valor mayor

que este, por lo menos un 30% mayor.

Como ejercicio puedes calcular la tensión que tendríamos si, con el transformador

anterior, nos equivocamos y conectamos a la red el lado que no es, cualquiera mete la

mano ahí... (por si acaso no pruebes a hacerlo en la realidad ya que el aislamiento del

secundario de los transformadores no suelen estar preparados para tensiones tan altas)

2.- Rectificador a diodos

El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del

transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce

cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un interruptor que

se abre y se cierra según la tensión de sus terminales:

El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto le entra tensión alterna

y tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo:

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La tensión Vi es alterna y senoidal, esto quiere decir que a veces es positiva y otras

negativa. En un osciloscopio veríamos esto:

La tensión máxima a la que llega Vi se le llama tensión de pico y en la gráfica figura

como Vmax. la tensión de pico no es lo mismo que la tensión eficaz pero estan

relacionadas, Por ejemplo, si compramos un transformador de 6 voltios son 6 voltios

eficaces, estamos hablando de Vi. Pero la tensión de pico Vmax vendrá dada por la

ecuación:

Vmax = Vi * 1,4142

Vmax = 6 * 1,4142 = 8,48 V

Rectificador a un diodo

El rectificador mas sencillo es el que utiliza solamente un diodo, su esquema es este:

Cuando Vi sea positiva la tensión del ánodo será mayor que la del cátodo, por lo que el

diodo conducirá: en Vo veremos lo mismo que en Vi

Mientras que cuando Vi sea negativa la tensión del ánodo será menor que la del cátodo

y el diodo no podrá conducir, la tensión Vo será cero.

Según lo que acabamos de decir la tensión Vo tendrá esta forma:

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Como puedes comprobar la tensión que obtenemos con este rectificador no se parece

mucho a la de una batería, pero una cosa es cierta, hemos conseguido rectificar la

tensión de entrada ya que Vo es siempre positiva. Aunque posteriormente podamos

filtrar esta señal y conseguir mejor calidad este esquema no se suele usar demasiado.

Rectificador en puente

El rectificador mas usado es el llamado rectificador en puente, su esquema es el

siguiente:

Cuando Vi es positiva los diodos D2 y D3 conducen, siendo la salida Vo igual que la

entrada Vi

Cuando Vi es negativa los diodos D1 y D4 conducen, de tal forma que se invierte la

tensión de entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva.

El resultado es el siguiente:

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Vemos en la figura que todavía no hemos conseguido una tensión de salida demasiado

estable, por ello, será necesario filtrarla después.

Es tan común usar este tipo de rectificadores que se venden ya preparados los cuatro

diodos en un solo componente. Suele ser recomendable usar estos puentes

rectificadores, ocupan menos que poner los cuatro diodos y para corrientes grandes

vienen ya preparados para ser montados en un radiador. Este es el aspecto de la mayoría

de ellos:

Tienen cuatro terminales, dos para la entrada en alterna del transformador, uno la salida

positiva y otro la negativa o masa. Las marcas en el encapsulado suelen ser:

~ Para las entradas en alterna

+ Para la salida positiva

– Para la salida negativa o masa.

Rectificador a dos diodos

La forma de la onda de salida es idéntica a la del rectificador en puente, sin embargo

este rectificador precisa de un transformador con toma media en el secundario. Un

transformador de este tipo tiene una conexión suplementaria en la mitad del

arrollamiento secundario:

Normalmente se suele tomar como referencia o masa la toma intermedia, de esta forma

se obtienen dos señales senoidales en oposición de fase. dos señales de este tipo tienen

la siguiente forma:

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El esquema del rectificador con dos diodos es el siguiente:

Tal y como son las tensiones en A y en B nunca podrán conducir ambos diodos a la vez.

Cuando A sea positiva (B negativa) el ánodo de D1 estará a mayor tension que su

cátodo, provocando que D1 conduzca. Cuando B sea positiva (A negativa) el ánodo de

D2 estará a mayor tension que su cátodo, provocando que D2 conduzca. Obteniéndose

la misma forma de Vo que con el puente rectificador:

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