22 Ene
Fuentes de Alimentación: Componentes, Tipos y Funcionamiento
Las fuentes de alimentación son conversores de corriente alterna a corriente continua, y por ello también se les conoce como conversores CA/CC.
Tipos de Fuentes de Alimentación
- FA con tensión de salida fija: Proporciona una tensión continua cuyo valor viene fijado y que el usuario no puede variar.
- FA con tensión de salida variable: Proporciona una tensión continua cuyo valor puede ser modificado por el usuario, normalmente con un potenciómetro. Es el caso de las FA de laboratorio.
Bloques que Forman una Fuente de Alimentación Completa
- Transformador de entrada: La tensión de red es, en la mayoría de las aplicaciones, excesivamente elevada para ser empleada directamente en la conversión a una tensión continua. Por ello, generalmente, se utiliza un transformador para reducir la tensión a niveles inferiores (como 9V, 12V, 24V, etc.), más adecuados para alimentar dispositivos electrónicos.
- Rectificador: Basado en diodos, es el encargado de transformar la tensión alterna proporcionada por el transformador en una tensión de una sola polaridad, con valores siempre positivos o siempre negativos. Esta tensión tiene la forma de onda de la de entrada y es pulsante, no continua.
- Filtro: Basado en condensadores y, en ocasiones, también en inductancias, es el encargado de transformar la tensión rectificada en un nivel de continua. Normalmente, este nivel contiene una cierta cantidad de rizado superpuesto.
- Estabilizador o regulador de salida: Basado en un diodo zener, en transistores, en amplificadores operacionales o en algún circuito integrado para este propósito, se encarga de eliminar el rizado presente en la tensión de salida del filtro, con lo que finalmente se obtiene a la salida una tensión suficientemente constante y sin rizado apreciable, que ya puede utilizarse.
Transformadores
El transformador reduce la tensión de entrada a niveles más adecuados para alimentar dispositivos electrónicos.
V2/V1 = N2/N1
Rectificadores
El rectificador es el encargado de transformar la tensión alterna proporcionada por el transformador en una tensión de una sola polaridad, es decir, con valores siempre positivos o siempre negativos.
Para obtener una tensión pulsante (positiva o negativa) a partir de la tensión alterna proporcionada por el transformador de entrada, podemos utilizar las tres configuraciones:
- Rectificador de media onda
- Rectificador de onda completa
- Rectificador de onda completa en puente de Graetz
Rectificador de Media Onda
El circuito más simple que puede convertir una tensión alterna en una tensión pulsante es el formado por un diodo. Este circuito es el denominado rectificador de media onda, de simple onda o bien de semionda. RL supone una carga aplicada al circuito rectificador, como si se tratara del equipo que debe ser alimentado.
Durante el semiciclo positivo de la tensión en el primario, el secundario también posee un semiciclo positivo (aunque con un valor de pico menor). Ello implica que el diodo D tenga una tensión positiva en su ánodo y negativa en su cátodo, con lo que entra en conducción y deja pasar corriente por la resistencia de carga RL.
Por otro lado, cuando tenemos el semiciclo negativo de la tensión de entrada, el diodo D está en polarización inversa y no deja pasar corriente sobre la carga RL; por lo tanto, no hay tensión en sus bornes.
VDC = VP/π
Donde VP es el valor de pico de la onda aplicada a la carga. La tensión VDC recibe el nombre de valor medio o valor de continua de la tensión de media onda.
Rectificador de Onda Completa
Si tenemos un transformador con una toma intermedia en el secundario, podemos conseguir un rectificador con mejores prestaciones que el de media onda utilizando dos diodos, el denominado rectificador de onda completa o de doble onda.
Con una toma media, desde esta hasta un extremo del secundario la tensión alterna se encuentra reducida, y hasta el otro, también, pero desfasada 180º. Con ello, el circuito funciona como dos rectificadores de media onda trabajando alternadamente, es decir, el diodo D1 conduce durante el semiciclo positivo de tensión alterna de entrada V1, y el diodo D2, durante el otro semiciclo, que es negativo en una mitad del secundario y positivo en la otra mitad (donde se conecta D2). Así pues, la corriente en la carga rectificadora circula durante los dos semiciclos de la tensión alterna de entrada.
VDC = 2VP/π
La frecuencia de la onda de salida es también el doble (100 Hz) que la de la tensión alterna aplicada a la entrada (50 Hz).
Rectificador de Onda Completa en Puente de Graetz
Si no disponemos de un transformador con toma media en el secundario, utilizando cuatro diodos también podemos obtener un rectificador de doble onda. Durante el semiciclo positivo de la tensión de red, los diodos D1 y D3 conducen, mientras que los diodos D2 y D4 permanecen en corte por quedar polarizados en inversa. Este proceso produce un semiciclo positivo en la resistencia de carga RL.
Por su parte, los diodos D2 y D4 conducen durante el semiciclo negativo, puesto que quedan en polarización directa. Los diodos D1 y D3 permanecen cortados, lo que produce otro semiciclo positivo en la resistencia de carga. El resultado es una forma rectificada de onda completa en la carga.
El rectificador en puente es, sin lugar a dudas, el más utilizado en la práctica. Por ello, y aunque podemos utilizar cuatro diodos independientes, los fabricantes de componentes semiconductores comercializan los cuatro diodos integrados en un mismo encapsulado.
Filtros
El filtro es el encargado de transformar la tensión rectificada en un nivel de continua, que normalmente contiene una cierta cantidad de rizado superpuesto.
La utilización de un filtro a la salida del circuito rectificador hace que la tensión sobre la carga deje de ser pulsatoria y pase a ser casi constante.
Filtro por Condensador
Es la forma más simple de obtener una tensión constante a partir de la tensión pulsante proporcionada por un rectificador. Consiste en colocar un simple condensador en paralelo con la carga que ha de alimentarse.
Para un rectificador de media onda, el valor adecuado de la capacidad puede ser calculado mediante la siguiente ecuación:
Donde IL es la corriente media de la carga (igual a VL/RL), f es la frecuencia de la red 50 Hz y VCriz es la tensión de rizado de pico a pico.
Para un rectificador de onda completa, para calcular el condensador, la fórmula es como la anterior, pero añadiendo un dos al denominador.
Gracias a la rectificación de los semiciclos negativos, el condensador C se descarga aproximadamente la mitad que en el caso de un rectificador de media onda. Por lo tanto, el rizado presente en la tensión de salida queda reducido significativamente. Por este motivo, en las fuentes de alimentación los circuitos rectificadores utilizados normalmente son los de onda completa, y no los de media onda.
Estabilizadores
El estabilizador elimina el rizado presente en la tensión de salida del filtro, para conseguir una tensión de salida suficientemente constante y sin rizado apreciable.
Mediante Diodo Zener
Un diodo zener polarizado en inversa tiene la particularidad de que permite obtener en sus bornes una tensión prácticamente constante, aun cuando a través de él varíe la corriente de forma importante.
Este recibe el nombre de estabilizador zener. El diodo zener DZ se sitúa directamente en paralelo con la carga que alimenta.
Regulador Serie
Basado en uno o varios transistores o incluso en un circuito integrado (chip) que realiza la función integrada de regulación de tensión.
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