FUENTES DE ALIMENTACION II

Una fuente de alimentación simétrica muy simple

Características

Tensión de salida simétrica estabilizada ±5, ±6, ±8, ±12, ±15, ±18, ±24

Corriente máxima 1 A.

Salida no simétrica (opcional) 5, 6, 8, 12, 15, 18, 24 ó -5, -6, -8, -12, -15, -18, -24

Protección interna contra sobrecargas.

La totalidad de los circuitos electrónicos funcionan con energía eléctrica, para que el funcionamiento sea además correcto, es necesario que la tensión que llega a los terminales de alimentación sea la requerida. La industria ofrece numerosos tipos de fuentes de alimentación, pensados cada uno para diferentes empleos; uno de los tipos más populares es la fuente de alimentación de pequeña potencia, que se emplea para conectar a la red eléctrica los magnetofones portátiles a casette, los receptores de radio y todos aquellos aparatos que funcionan con corriente continua y baja tensión.

Muchos circuitos electrónicos necesitan una alimentación simétrica, para su correcto funcionamiento. Es práctica habitual diseñar la alimentación en la misma placa de circuito impreso que el resto de los componentes, con el subsiguiente aumento de los costos de fabricación.

Descripción

Como puede apreciarse en el esquema, esta fuente de alimentación es sumamente sencilla, basada,en los circuitos integrados de las series 78xx y 79xx, nos proporciona una tensión regulada del valor indicado por las dos últimas cifras del circuito integrado utilizado.

El transformador que se utiliza para rebajar la tensión de red al nivel adecuado, debe tener toma intermedia en el devanado de salida. La corriente de salida, que no deberá superar 1 A, se aplica a un puente de diodos integrado queia rectifica.

A continuación se instala un condensador electrolítico de suficiente capacidad para asegurar que la tensión rectificada no desciende por debajo del valor nominal de. salida. Para filtrar los transitorios de alta frecuencia se instala otro condensador de polies-ter, cuyo valor puede variar según las necesidades y que hemos previsto de 100 nF.

A la salida del regulador también es conveniente prever la instalación de otros dos condensadores, uno electrolítico de capacidad igual o inferior a 50 ¡jF para eliminar la tensión de rizado, y uno de poliester también para filtrar el posible ruido de frecuencias elevadas, a la salida.

El regulador puede ser cualquiera de los integrados de las series indicadas. En la tabla adjunta se indican los valores nominales existentes en el comercio, junto con la tensión de entrada mínima necesaria para su correcto funcionamiento, que en general será 3 V superior a la que se quiera obtener en la salida.

Sobre las fuentes de alimentación más populares no estabilizadas, este montaje cuenta con la ventaja de suministrar un nivel de tensión continuo bajo cualquier condición de carga, salvo que se exceda del límite de 1 A, en cuyo caso el regulador se inhibiría. El rizado es muy bajo y, como ya hemos indicado, la posibilidad de destrucción del alimentador por un cortocircuito en la salida es mínima, ya que el integrado está protegido contra esta eventualidad.

Con el objeto de evitar incrementos de coste superfluos en la tarjeta de circuito impreso, todos los condensadores electrolíticos se han dispuesto en posición vertical, por lo que deberán ser radiales; ello obliga a instalar primero los componentes de menor altura, comenzando por el puente rectificador y siguiendo por los condensadores de poliester, que son cuatro, todos de igual capacidad (100 nF).

El rectificador previsto es del tipo B250 C1000 y la serigrafía indica el correcto posicionamiento de éste, incluyendo la denominación de los terminales (polaridad) en la consideración de que hubiera que sustituirlo por otro modelo equivalente pero cuyo patillaje no fuera compatible.

Los condensadores electrolíticos tienen indicada la posición y la polaridad de los terminales en la serigrafía del circuito impreso, su voltaje debe ser superior al suministrado por el transformador, ya que de no ser así se destruirían.

Los reguladores de tensión se han colocado en los bordes opuestos del circuito impreso, siendo su posición correcta con la superficie de plástico mirando hacia el exterior y la metálica hacia el interior del circuito. Lo cual facilita la colocación de un disipador, en caso de que la corriente a extraer sea mayor de 200 mA; la caja metálica no se puede usar como disipador, ya que el contacto eléctrico provocaría un cortocircuito entre ambos reguladores.

Adaptación como fuente unica (no simétrica)

Esta fuente de alimentación proporciona una salida regulada de nivel positivo y de nivel negativo, dentro de los márgenes aplicables con los reguladores comerciales disponibles. A partir de aquí se puede obtener una fuente de alimentación simple, por ejemplo 5V para circuitos digitales de la familia TTL, para ello se emplearán los componentes indicados en la lista correspondiente y se cortocircuitará el condensador C5, dejando sin conectar la entrada de masa; la salida positiva debe disponerse entre los terminales (+) y común (M). Si por alguna razón se necesita una fuente de alimentación negativa, los componentes a emplear serán los del circuito asociado al 79xx y se cortocircuitará el condensador.

En el caso de que quiera utilizarla en el automóvil, debe suprimir el transformador por las tomas de tensión de la batería y proceder de la misma forma que se ha explicado para el caso de salida positiva única, no tiene que preocuparse de la polaridad de entrada, y«,que es indiferente en este caso, al llevar un rectificador de onda completa. La tensión máxima estabilizada será de 8 V.

Fuente de alimentacion simétrica

CONDENSADORES LISTA DE COMPONENTES

Cl ... 1000 fjFelectrolítico, radial, voltaje, mayor que la salida de TI. C2 ...100 nF poliester.

C3 ... 100 nF poliester.

C4 ... 47 ¡jF electrolítico, radial, voltaje mayor que la salida de IC1.

C5 ... 1000 /jFelectrolítico, radial, voltaje mayor que la salida de TI. C6 ... 100 nF poliester. C7 ... 100 nF poliester.

C8... 47 fJF electrolítico, radial, voltaje mayor que la salida de IC2.

CIRCUITOS INTEGRADOS

Rectificador ... puente rectificador B250 C1000. IC1 ... 78xx, tensión según tabla de valores. IC2 ... 79xx, tensión según tabla de valores.

VARIOS

Transformador doble, tensión de salida y corriente según necesidades. Interruptor.

Portafusibles y fusible según corriente de entrada.

OPCION PARA UTILIZARLA COMO FUENTE DE ALIMENTACION POSITIVA

Componentes: Rectificador, IC1, Cl, C2, C3, C4, puente en C5. Transformador de un secundario simple.

OPCION PARA UTILIZARLA COMO FUENTE DE ALIMENTACION NEGATIVA

Componentes: Rectificador, IC2, C5, C6, C7, C8, puente en Cl. Transformador de secundario simple.

Una fuente de alimentación es uno de los instrumentos más necesarios en un laboratorio o taller de electrónica, siempre que tenga unas características de regulación de tensión y corriente adecuadas para cubrir las necesidades mínimas de trabajo. La gran mayoría de los equipos disponen de su propio sistema de alimentación, pero muchas veces, por falta de fiabilidad de éste o por seguridad, y para no correr el riesgo de producir sobrecargas, es preciso recurrir a una fuente independiente, estabilizada, con limitación de corriente, pudiendo además variar la tensión y la corriente de salida dentro de unos márgenes permisibles.

Características técnicas

— Alimentación: 220 ó 125 V±I0% a 50 Hz.

— Tensión continua regulable de salida: 0 a 25 V.

— Corriente continua regulable de salida: 200 mA a 2 A.

— Rizado máximo: 20 mV pico a pico.

— Protección interna contra cortocircuitos.

— Protección interma contra sobrecargas.

— Protección contra sobretensiones.

— Limitación de intensidad a 2A.

— Neón indicador de conexión a red.

Ventajas de esta fuente

Con el montaje propuesto conseguimos una fuente de características suficientes para un laboratorio o taller de electrónica, ya que obtenemos una regulación de tensión continua de salida entre O y 25 V, además de una regulación, que no sólo limitación de corriente de salida entre 200 mA y 2 A. Esto se consigue con un solo integrado de potencia que lleva incorporado internamente todo lo necesario, siendo esto un punto a tener en cuenta en la fiabilidad de la fuente.

Respecto al rizado, obtenemos en todo el rango de ambas regulaciones una tensión menor de 20 mV pico a pico, teniendo en cuenta que es inferior con menos intensidad de salida.

El regulador va internamente protegido contra cortocircuitos y sobrecargas, de forma que limita la intensidad de salida si se sobrepasan valores que le dañen y en caso de sobrecarga continua actúa una protección térmica limitando también la corriente.

A la entrada de red hay un fusible que nos protege de las sobretensiones de la misma y, además, de forma redundante, de sobrecargas. Debido a los transformadores utilizados y al montaje descrito podemos decir que la alimentación de entrada exigida de la red es de 220 ó 125 V±10% con una frecuencia de 50 Hz.

El equipo que pasamos a describir está preparado para trabajar como fuente de tensión continua regulable de laboratorio; como cualquier fuente de alimentación convencional incorpora unas funciones consideradas como imprescindibles, y otras que mejoran y complementan el circuito básico.

Las funciones imprescindibles son principalmente cinco, a saber:

1. Adaptación de la red a los niveles necesarios.

2. Rectificación de la tensión alterna.

3. Filtrado de la corriente continua obtenida.

4. Ajuste de la tensión de salida por medio de un estabilizador regulable.

5. Protección de sobretensiones y cortocircuitos.

A estas funciones hemos añadido dos muy importantes, para obtener "una tensión y corriente continua muy perfectas", que son:

1. Filtrado adicional.

2. Regulación y limitación de intensidad.

Cumpliendo todas estas funciones, nuestra fuente es capaz de regular la tensión de salida entre 0 y'25 V; además, la corrida de salida es regulable entre 200 mA y 2 A.

Funcionamiento de la fuente

La tensión alterna que llega del transformador es de 24 V, nivel en voltios eficaces adecuado para obtener en la salida la tensión continua necesaria. Esta tensión entra en el puente PR1, produciendo el mismo una rectificación de onda completa a su salida, que es filtrada en primer lugar por el condensador electrolítico de gran capacidad Cl. Los condensadores C2, C3, C8 y C9 actúan como filtros para altas frecuencias que puedan provenir de la red por interferencias u otras causas.

Lá función de R2 y DI la explicaremos más adelante cuando hablemos del circuito de regulación de intensidad.

Con la tensión filtrada atacamos IC1 (LM338), que es un regulador ajustable de tensión, parte esencial en toda fuente de estas características. Con el valor de R7 y PT, junto con la referencia negativa de 1,4 V obtenida por los diodos D2 y D3, conseguimos variar la tensión de salida entre 0 y 30 V. Estos diodos pueden sustituirse por un diodo Zenerde 1,2 V, pero advertimos que es sumamente difícil de encontrar y el funcionamiento de la fuente es idéntico.

La tensión negativa se consigue a través de la rectificación de 9 V de alterna por medio del puente PR2 y posterior filtraje de CIO. Poniendo la masa común con el positivo de PR2 y los diodos D2 y D3 desde la misma al negativo por medio de R8, conseguimos 1,4 V negativos para la referencia,

Los condensadores C5, C13, C7 y Cll son para el filtraje de medias y altas frecuencias, ya que los electrolíticos tienen muy mala respuesta en frecuencia y filtran muy mal estas bandas. El condensador C4 ayuda a filtrar, y podemos considerarlo un segundo filtraje de menor cuantía. Por último, en la salida está otro"' condensador electrolítico de gran capacidad (C6), que hace las funciones de filtro en la salida del regulador y para la carga, junto con C7 de tipo cerámico, que responde muy bien a frecuencias elevadas, y que aconsejamos se ponga en los mismos bornes de salida de la fuente, por ser mucho más efectivo en ese punto.

Circuloide regulación de intensidad

Toda buena fuente debe tener una limitación de intensidad y, a ser posible, regulación de dicha corriente de salida de forma independiente de la regulación de voltaje, tal y como tiene la que proponemos al lector. Este circuito debe disminuir la referencia en el regulador cuando pasemos de un valor determinado de intensidad, de tal forma que baja la tensión de salida hasta adaptarse a dicha intensidad con la carga que tengamos puesta. Si observamos el esquema, esto lo conseguimos mediante la polarización adecuada del transistor TI, con una tensión proporcional a la intensidad de carga, conseguida por medio' de R3 y el punto medio de PI. Con DI y R2 logramos la caída necesaria, y cogiendo una parte de ella regulada por PI, para fijar la intensidad, obtenemos la conducción de TI; éste introduce una intensidad por la base de T2, de manera que este transistor fija, junto con PT (potenciómetro de regulación de tensión), la referencia al regulador.

En la mayoría de las fuentes convencionales- se utiliza para la regulación un transistor de potencia gobernado por un integrado regulador de baja potencia que ataca a la base del transistor. Eí integrado incorpora hakátualmente la referencia de tensión, un amplificadoixie error, los circuitos de protección, y una etapa de salida capaz de entregar unos 200. mA. El regulador utilizado en nuestro montaje, IC1 (LM338), contiene todos los circuitos mencionados, incluido el transistor de potencia. El reducido número de patillas, tres, obliga en estos casos a utilizar una misma patilla como «masa» del integrado y salida de referencia. El LM338 fija una tensión constante, de 1,2 V, entre la patilla de salida (OUT) y la de referencia (REF). Esta tensión constante sobre la resistencia R7 actúa como un generador de corriente; esta corriente, por el valor del potenciómetro PT, nos da la tensión de salida.

El condensadod C14 sirve para filtrar parte de la alterna reflejada, debido al efecto de la carga y descarga de los condensadores de filtraje con la aparición de la corriente de salida hacia la carga. Un detalle muy importante y crítico es.el valor de C12, ya que, por un lado, cuanto mayor sea, existirá una menor ganancia en alterna, mejorando al final el rizado; pero, por otro lado, si lo ponemos de un valor muy elevado la respuesta para continua se hace muy lenta. El valor de 1 es el mejor compromiso entre ambos efectos.

En primer lugar comentaremos el montaje del regulador LM338 sobre el radiador, ya que la forma clásica, con aislante de mica, valdría, pero obtendremos mejor contacto y mayor disipación con silicona de tubo o lámina aislante de silicona, que tiene la misma forma que el clásico de mica, pero con una resistencia térmica mucho menor. El motivo de aconsejar esto último se debe a que con una mayor disipación de calor el integrado se estabiliza en una temperatura también menor, logrando por consiguiente alargar su vida y mejorar su funcionamiento y estabilidad térmica. El montaje es el típico de un encapsulado TO-3 sobre un disipador para atornillar en caja. Cuando atornillemos el radiador a la parte posterior de la caja, hay que hacerlo directamente sin ningún aislante por medio, para conseguir de esta manera una mayor superficie disipadora de calor.

Volvemos aquí a insistir sobre la conveniencia de colocar el condensador cerámico C7 en los mismos bornes de la carga, es decir, en la misma salida, para filtraje de altas frecuencias, siendo este punto el más eficaz. Se ha comprobado a veces que con la ausencia de este condensador la tensión de salida tiene un rizado compuesto por los 100 Hz de la rectificación de red y una tensión alterna de varios MHz, que normalmente es muy perjudicial para la mayoría de los equipos que se alimentan en un laboratorio. No siempre se da este fenómeno, pero conviene evitarlo de antemano.

Por último, recordar que cuando mecanice la caja no se olvide de hacer unas hileras de agujeros para que el aire pueda circular y renovarse, ya que el transformador grande, las dos resistencias de potencia y el diodo DI disipan bastante calor. Asimismo, es conveniente colocar unas pequeñas patas que levanten el equipo y agujerear también el fondo. Esto, además de mejorar la refrigeración por la propia convección del aire, nos ayuda a poderla asentar en cualquier superficie.

Lista de componentes

RESISTENCIAS

Rl - Resistencia 2K2 2 W (rojo, rojo, rojo).

R2 - Resistencia 0,33 Q 4 W (bobinada vitrificada).

R3 - Resistencia 470Q 1/4 W (amarillo, violeta, marrón).

R4 - Resistencia 470 Q 1/4 W (amarillo, violeta, marrón).

R5 - Resistencia 47 K 1/4 W (amarillo, violeta, naranja).

R6 - Resistencia 10 K 1/4 W (marrón, negro, naranja).

R7 - Resistencia 180Q 1/4 W (marrón, gris, marrón).

R8 - Resistencia 680 Q 1/4 W (azul, gris, marrón). Pl - Potenciómetro lineal para panel de 500 Q. P2 - Potenciómetro lineal para panel de 4K7.

CONDENSADORES

Cl - Condensador 4.7ó0 juF, electrolítico, 63 V. C2, C3, C8 y C9 - Condensadores 1 nF poliéster. C4-- Condensador 470 ¡JF, electrolítico, 50 V. C5, CU y C13 - Condensadores 100 nF poliéster. C6 - Condensador 2.200 juF, electrolítico, 40 V. C7 - Condensador 100 nF, cerámico. CIO - Condensador 470 pF, electrolítico, 25 V. C12 - Condensador 1 pF, electrolítico, 35 V. C13 - Condensador 100 nF, cerámico.

SEMICONDUCTORES

DI - Diodo BT255 (1N5402).

D2 y D3 - Diodos 1N4148.

PR1 - Puente rectificador B250C500/3.300.

PR2 - Puente rectificador B125C1.000.

IC1 - Circuito integrado LM388.

TI-Transistor BC177.

T2-Transistor BC107.

DL1 - Diodo Led rojo de 5 mm de diámetro.

VARIOS

Transformador 220, 125 V/24 V 4 A.

Transformador 220, 125 V/9 V 0,2 A.

16 terminales espadín.

2 tornillos, 2 tuercas, un terminal y un aislante para montar un encapsulado TO-3 en radiador.

Radiador para TO-3 de 100x100 mm.

4 separadores de 10 mm.

10 tornillos 1/8x8.

8 tornillos 1/8x5.

10 tuercas 1/8.

10 arandelas.

Un borne rojo y uno negro para bananas de 3,5 mm.

A 1,5 m de cable de 2 mm de diámetro.

1/2 m de cable de 1 mm de diámetro.

Soporte plástico para Led de 3 mm.

Neón de 220 V.

Interruptor miniatura.

2 botones para potenciómetros de panel.

Portafusibles y fusible de í A.

2 gomas pasacables.

Conmutador de red 220/125 V.

Clavija macho con 1 m de cable para red.

Amperímetro de 3 a 5 A de fondo de escala.

Voltímetro de 30 a 50 V de fondo de escala.

4 patas adhesivas.

Caja minibox RM 785 (Retex).