INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD JUAREZ


Electrónica de Potencial Aplicada
Construcción de una fuente de alimentación dual



Fuentes 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:
Transformador de entrada
Rectificador a diodos
Filtro para el rizado
Regulador (o estabilizador) lineal


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.
Consta de dos arrollamientos sobre un mismo núcleo de hierro, ambos arrollamientos, 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

La corriente que circula por el arrollamiento primario (el cual esta conectado a la red) genera una circulación de corriente magnética por elnúcleo del transformador. Esta corriente magnética sera mas fuerte cuantas mas espiras (vueltas) tenga el arroyamiento primario. En el arroyamiento secundario ocurre el proceso inverso, la corriente magnética que circula por el núcleo genera una tensión que sera tanto mayor cuanto mayor sea el número de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente magnética que circula por el núcleo

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.
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
I2 = I1 * (N1/N2)
Con estas relaciones nos sera posible cual sera la tensión y la corriente de salida de nuestro trasformador.

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 anodo es mayor que la de su catodo. Es como un interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales: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 maxima a la que llega Vi se le llama tensión de pico y en la grafica figura como Vmax = Vi * 1,4142

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








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 y 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


Vemos en la figura que todavía no hemos conseguido una tensión de salida demasiado estable, por ello, sera necesario filtrarla después.

El filtro
La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería. Para obtenereste tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.
El tipo mas común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los casos perfectamente valido. Sin embargo en algunos casos puede no ser suficiente y tendremos que echar mano de algunos componentes adicionales.
Este es el filtro mas común y seguro que lo conoceras, basta con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta forma


Cuando la tensión de la fuente alcanza de nuevo su pico el diodo conduce brevemente recargando el condensador a la tensión de pico. En otras palabras, la tensión del condensador es aproximadamente igual a la tensión de pico del secundario del transformador (hay que tener en cuenta la caída en el diodo). La tensión Vo quedara de la siguiente forma


Si ponemos un condensador mayor reducimos el rizado, pero al hacer esto también reducimos el tiempo de conducción del diodo, Como la corriente media que pasa por los diodos sera la misma (e igual a la corriente de carga) los pulsos de corriente se hacen mayores y esto no solo afecta al diodo, al transformador también ya que a medida que los pulsos de corriente se hacen mas estrechos (y mas altos a su vez) la corriente eficaz aumenta.
Si quieres ajustar el valor del condensador al menorposible esta fórmula te dara el valor del condensador para que el rizado sea de un 10% de Vo (regla del 10%):
C = (5 * I) / (f * Vmax)
Dónde:
C: Capacidad del condensador del filtro en faradios
I: Corriente que suministrara la fuente
f: frecuencia de la red
Vmax: tensión de pico de salida del puente (aproximadamente Vo)

Si se quiere conseguir un rizado del 7% puedes multiplicar el resultado anterior por 1,4, y si quieres un rizado menor resulta mas recomendable que uses otro tipo de filtro o pongas un estabilizador.

El regulador
Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos. En esta sección nos centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que son los mas sencillos y baratos que hay, en la mayoría de los casos son la mejor opción.
Este es el esquema de una fuente de alimentación regulada con uno de estos reguladores


Una fuente simétrica es aquella que suministra una tensión de + XX voltios y otra de - XX voltios respecto a masa. Para ello hay que usar un transformador con doble secundario, mas conocido como 'transformador de toma media' o 'transformador con doble devanado'.



Procedimiento
Construir una fuente de alimentacióndual de 5v y -5v. Después de hacer el analisis determinamos que los materiales y componentes necesarios son
1 Transformador de 120v a 12v de AC, 1.2Amp
1 Puente rectificador de 4 diodos
2 Capacitores de 2200uF de 25v
2 Capacitores de 0.1uF
1 Regulador 7805 +5v
1 Regulador 7905 -5v

El diagrama del circuito que utilizamos es:

Realizamos una simulación para comprobar que el circuito funcione y ver qué resultados esperamos.




La construcción de la fuente de alimentación se realizó sobre un protoboard, por lo que realizar la conexión de la fuente de alimentación fue muy sencillo. Como podemos ver en el diagrama del circuito fue necesario utilizar un trasformador de doble devanado, para utilizar esa segunda terminal como común de ambas salidas (positiva y negativa). También tuvimos cuidado de conectar los reguladores, ya que cada uno se polariza de forma diferente.

Conclusiones



Como ya se mencionó, la conexión fue sencilla gracias al protoboard, ademas agregamos dos capacitores adicionales al final de los reguladores para minimizar el rizo y cómo podemos ver en las imagenes, obtuvimos un voltaje de 5.05v y el otro de -4.95. Vemos que hay una ligera desviación de los 5v pero es mínima. El voltaje de salida es de corriente directa y sin variación.