Fuentes de alimentación

Las fuentes de alimentación son construidas a partir de dispositivos electrónicos como los transformadores, diodos rectificadores, filtros y reguladores de voltaje

En una fuente de alimentación se inicia con un voltaje de AC, se obtiene un voltaje de DC estable rectificando el voltaje de AC, luego se filtra a un nivel DC y al final se regula para obtener el voltaje fijo deseado.

La regulación de un voltaje es posible gracias a los IC reguladores de voltaje, que toman un voltaje de DC y proporciona un voltaje de DC un poco menor pero constante.

Partes de una fuente de alimentación

El voltaje de AC es por lo general de 120 V rms y se conecta a un transformador que disminuye ese voltaje al nivel de la salida deseada.

El circuito rectificador conformado por diodos proporciona un voltaje rectificado de onda completa y es filtrado por un capacitor para producir un voltaje de DC.

Este voltaje de DC que resulta tiene un porcentaje de algo llamado RIZO o variación de voltaje en AC. Generalmente un circuito regulador puede recibir este voltaje y proporcionar a la salida un voltaje en DC que tiene mucho menos del voltaje de rizo.

Etapa de filtración para el regular el voltaje de DC y el voltaje de rizo

En la siguiente figura se muestra un voltaje típico de salida filtro con el que se pueden definir una gran cantidad de características de una señal.

Una salida filtrada tiene un valor de DC y alguna variación de AC (rizo).

Entre más pequeña sea la variación de AC respecto al nivel DC, mejor será la operación del circuito filtro.

Voltaje filtrado con valores de DC y rizo

Concepto de Rizo:

Regulación de voltaje:

Un factor importante en una fuente de alimentación es la cantidad en que cambia el voltaje de salida sobre un rango de operación del circuito. El voltaje proporcionado en la salida en condiciones normales sin carga se reduce cuando la carga consume corriente de la alimentación.

La condición en que cambia el voltaje entre las condiciones de sin carga y con carga se describe por el factor de regulación de voltaje.

Concepto de regulación de voltaje.

Factor de rizo de la señal rectificada

Aunque el voltaje rectificado no es un voltaje filtrado, contiene una componente de DC y una componente de Rizo.

Para una señal rectificada de media onda, el voltaje de salida es:

El valor rms de la componente de AC de la señal de salida es:

El porcentaje de Rizo de una señal rectificada de media onda se puede calcular por:

Para un voltaje rectificado de onda completa, el valor de DC es:

El valor rms de la componente de AC de la señal de salida puede calcularse por:

El porcentaje de rizo de una señal rectificada de onda completa puede calcularse por:

Circuito del capacitor de filtro

Operación del circuito de filtro

voltaje de rectificador de onda completa b- voltaje de salida filtrado

Forma de onda de salida

Voltaje de salida aproximado en un circuito de capacitor de filtro

Periodo de conducción del diodo y corriente pico del diodo

a- Capacitor pequeño b- Capacitor grande

Los diodos conducen durante el período T1 durante este tiempo el diodo debe proporcionar la corriente promedio necesaria para cargar al condensador. Entre más corto sea este intervalo, mayor será la cantidad de corriente de carga.

En la figura anterior se muestra la relación para una señal rectificada de media onda. Para los valores pequeños de condensador, con T1 grande la corriente pico del diodo es menor que para valores grandes del condensador de filtro.

Regulación de voltaje con transistores discretos

Dos tipos de reguladores de voltaje a transistor son el regulador de voltaje en serie y el regulador de voltaje en paralelo.

Cada tipo de circuito de puede proporcionar un voltaje de DC de salida que regula o mantiene un valor determinado, incluso si el voltaje de entrada varía o cambia la carga a la salida.

Regulación de voltaje en serie:

La conexión básica de un circuito regulador en serie.

Si el voltaje de salida se incrementa, el circuito comparador proporciona una señal de control que hace disminuir la cantidad de voltaje de salida del elemento de control en serie y por tanto mantiene el voltaje de salida.

Si el voltaje de salida disminuye, el circuito comparador proporciona una señal de control para incrementar la cantidad del voltaje de salida en el elemento de control en serie.

Circuito regulador en serie

Regulador en serie mejorado:

Un circuito regulador en serie mejorado se presenta en la siguiente figura.

Regulador en serie con OP-AMP:

Es una versión de los reguladores en serie que utiliza un diodo zener.

Circuito limitador de corriente:

Una forma de protección para un corto circuito o sobre carga es la limitación de corriente y esto se puede lograr con el siguiente circuito.

Regulación de voltaje en derivación:

Un regulador de voltaje con derivación proporciona regulación por medio de una corriente que se deriva de la carga para regular el voltaje de salida.

Regulador en derivación básico a transistor:

La corriente de carga para este circuito se define por:

VL = Vz - VBE

Regulador en paralelo mejorado:

Este circuito funciona con un diodo zener y 2 transistores, el diodo zener presenta un voltaje de referencia, el voltaje a través de R1 sensa el voltaje de salida.

Regulador de voltaje en paralelo usando OP-AMP:

El voltaje zener es comparado con el voltaje de retroalimentación que se obtiene con el divisor de voltaje R1 y R2 para proporcionar la corriente excitadora de control para Q1.

Regulación de conmutación:

Este es un tipo de circuito que es bastante popular por su eficiente transferencia de potencia a la carga.

Un regulador de conmutación pasa voltaje a la carga en pulsos que luego son filtrados para proporcionar un voltaje DC más plano.

Reguladores de voltaje negativos

Los circuitos integrados 7900 proporcionan reguladores de voltajes negativos, similares a los que se usan para obtener voltajes positivos.

Los IC reguladores están disponibles para un rango de voltajes negativos fijos, proporcionando el IC seleccionado el voltaje especificado, mientras se mantenga el voltaje de entrada mayor que el valor mínimo de entrada.

Reguladores de voltaje negativo en la serie 7900

Parte IC voltaje de salida (V) Vi mínimo (V)

7905 - 5 V -7.3 V

7906 - 6 V -8.4 V

7908 - 8 V - 10.5 V

7909 - 9 V - 11.5 V

7912 - 12 V - 14.6 V

7915 - 15 V - 17.7 V

7918 - 18 V - 20.8 V

7924 - 24 V - 27.1 V

Características para el IC 7812 regulador de voltaje +

Voltaje de salida:

La especificación para el 7812 dice que el voltaje de salida es +12 V, pero puede ser tan bajo como 11.5 V o tan alto como 12.5 V.

Regulación de salida:

La regulación del voltaje de salida es 4 mV hasta un máximo de 100 mV (a corrientes de salida desde 0.25 a 0.75 A). Esta información dice que el voltaje de salida puede variar típicamente sólo 4 mV para los 12 V dc indicados.

Corriente de salida en corto circuito:

La cantidad de corriente está limitada típicamente a 0.35 A, si la salida estuviera en corto circuito.

Corriente de salida pico:

Mientras que la corriente máxima especificada es de 1.5 A para esta serie de IC, la corriente pico de salida típica que puede consumir una carga es de 2.2 A.

Voltaje de diferencia:

La diferencia de voltaje es de 2 V, y es la diferencia mínima de voltaje entre las terminales de entrada - salida que debe mantenerse si el IC va a trabajar como un regulador. Si el voltaje de salida cae demasiado abajo, o si la salida sube de forma que no se mantengan al menos 2 V entre la entrada y la salida del IC, éste ya no proporciona regulación de voltaje. Por tanto se debe mantener un voltaje de entrada lo suficientemente grande para asegurar que proporcione voltaje a la salida de manera correcta.

Rectificación de media onda

El rectificador de media onda, genera una forma de onda Vo, la cual tendrá un valor promedio de uso particular en el proceso de conversión de AC a DC.

Cuando un diodo se usa en el proceso de rectificación recibe el nombre de rectificador.

Sus valores nominales de potencia y corriente son normalmente mucho más altos que los de los diodos que se usan en otras aplicaciones.

Rectificador de media onda

Región de conducción

Señal rectificada de media onda

Rectificación de onda completa

El nivel de DC que se obtiene a partir de una entrada senoidal puede mejorar al 100% si se utiliza un proceso que se llama rectificación de onda completa.

La red más familiar para llevara cabo tal función aparece en la figura anterior con sus 4 diodos en una configuración en forma de puente.

Las polaridades resultantes a través de los diodos ideales también se señalan en cada diodo, cual conduce y cual no conduce.

En rectificadores de onda completa:

Vdc = 0.636Vm

Transformador con derivación central

Es un segundo tipo de rectificador de onda completa, con sólo dos diodos, pero necesita de un transformador con derivación central para establecer la señal de entrada a través de cada sección del secundario del transformador.

Transformador con derivación central para un rectificador de onda completa

Condiciones de la red para la región positiva:

Durante la porción positiva de Vi aplicada al primario del transformador D1 asume el equivalente a corto circuito y D2 circuito abierto.

Red para la región positiva

Condiciones de la red para la región negativa:

Para estas condiciones D1 se comporta como circuito abierto y D2 como cortocircuito.

Red para la región negativa