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Fuente de 0 a 20 V con 5 A (ART584S)

Es una fuente potente, que utiliza sólo transistores, y proporciona corrientes de salida de hasta 5 ampères. Ajustable de 0 a 20V es ideal para la prueba de equipos de sonido de coche en la bancada y hasta para la alimentación de equipos de radioaficionados en casa.

   Las fuentes de alimentación se pueden proyectar de muchas maneras. La cantidad de variaciones alrededor de una configuración está directamente en la dependencia de la tensión y corriente de salida además de eventuales recursos requeridos por los equipos alimentados.

   La fuente que describimos es del tipo tradicional con transistores en el control de la corriente principal y diodo zener en la referencia de tensión. La corriente máxima de salida es elevada, lo que permite su utilización en la alimentación de equipos más potentes como los de sonido de coche y de telecomunicaciones.

   Se utilizan sólo transistores tradicionales y hasta el diodo zener admite algunas soluciones alternativas para los que encuentren dificultades en su obtención. Esta característica importante, pues la hace más accesible a los lectores con menos experiencias o que desean un proyecto más sencillo de montar.

   Como el filtrado y la regulación son buenos, los equipos de sonido alimentados no tendrán problemas de ronquidos.

 

   Características:

   Tensiones de entrada: 110/220 VCA

   Tensiones de salida: 0 a 20 V (ajustadas linealmente)

   Corriente máxima de salida: 5 A

   Número de transistores: 4

   

COMO FUNCIONA

   Conforme explicamos, tenemos una configuración tradicional que incluso puede ser indicada para cursos técnicos, ya que se utilizan etapas que normalmente los estudiantes de segundo aprenden a calcular.

   La tensión de la red es bajada por medio de un transformador que también sirve de aislamiento, garantizando así la seguridad del circuito de baja tensión.

   La tensión de secundario de 20Vrms es rectificada por un puente de 4 diodos que conduce alternadamente cada semiciclo de modo que la corriente media en cada uno es aproximadamente la mitad de la corriente máxima de salida. Por eso es que podemos usar diodos de 3 amperios, aunque sea la fuente de 5 amperios.

   La tensión rectificada carga un capacitor de filtro con tensión que llega al valor de pico, del orden de 28 V.

   Esta tensión de 28 V alimenta un circuito de referencia que tiene en R1 y el diodo zener los elementos básicos. R1 limita la corriente en el zener, obteniéndose así la referencia para el circuito regulador.

   El potenciómetro P1 funciona como un divisor de tensión adicional que determinará la tensión de salida.

   Por ejemplo, si colocamos este componente en su fin de carrera, para obtener la tensión máxima de salida, aplicará los 22 V del diodo zener en la base de Q1.

   Como existe una caída de tensión entre base y emisor de este transistor, tendremos una corriente mayor para la excitación de Q2, pero la tensión será 0,6 V menor.

   De la misma forma, aplicando esta tensión en la base de Q2, obtenemos corriente mayor aún en su emisor, pero tendremos nueva caída de tensión de 0,6 V. La corriente obtenida será capaz de excitar dos 2N3055 con la corriente final que llega a los 5 ampères, pero tendremos una nueva caída de 0,6 V entre el emisor y la base de esos transistores.

   Esto significa que en la salida del circuito regulador con los transistores tendremos una caída total del orden de 1,8 V. Teniendo en cuenta que la referencia máxima es de 22 V, eso significa que en la salida tendremos una tensión máxima del orden de 20,2 V.

   El capacitor C2 impide variaciones bruscas en la regulación mientras que C3 proporciona el filtrado final y desacoplamiento de la carga.

   Ver que los resistores R4 y R5 garantizan una división por igual de las corrientes entre los transistores 2N3055. Sin ellos, la corriente podría dividirse de manera desigual entre esos transistores y uno de ellos, el sometido a mayor intensidad podría calentar más que el otro a punto de correr riesgo de quema.

   Esto sucede porque, incluso dos transistores del mismo tipo, pueden tener pequeñas diferencias de ganancia que impiden que la corriente se divida por igual. Uno tiende siempre a conducir un poco más que el otro.

   

MONTAJE

   El diagrama completo de la fuente de alimentación se muestra en la figura 1.

 

Diagrama completo
Diagrama completo

 

   Como el circuito no es crítico, el montaje en placa requiere sólo con cuidado principal la utilización de sendas largas para los recorridos de la cadena más intensa. Una disposición de componentes en la placa de circuito impreso se muestra en la figura 2.

 

Placa
Placa

 

   Los transistores de potencia deben estar en buenos radiadores de calor. Si se utiliza un radiador único para los dos transistores 2N3055 no será necesario aislar los transistores del radiador, pues sus colectores son comunes, sin embargo, debe hacerse el aislamiento del radiador en relación a la caja si es de metal.

transformador debe tener devanado primario de acuerdo con la red de energía. Se puede utilizar un transformador de 20 + 20 V con 5 A en lugar de secundario simple, en cuyo caso necesitaremos sólo dos diodos para la rectificación, como se muestra en la figura 3.

 


 

 

    El capacitor de filtro debe tener un valor elevado para que toda la ondulación sea eliminada en las corrientes más intensas. En la falta del tipo de 4 700 uF se pueden utilizar dos capacitores de 4 700 uF / 40V en paralelo.

   El diodo zener es de 1W o mayor, y su tensión puede estar entre 21 y 23V, valor que influye sólo en la tensión máxima, como explicamos.

   Finalmente, los diodos de menor tensión pueden ser conectados en serie para obtener el valor deseado.

   Para el transistor Q2 se puede utilizar un radiador de calor menor que el empleado con Q3 y Q4.

   Los resistores R4 y R5 deben ser de alambre con al menos 2 W de disipación. Una posibilidad de improvisación para estos componentes consiste en la conexión de 5 resistores de 1 ohmio / 0,5W en paralelo, como muestra la figura 4.

 


 

 

   Estos resistores tienden a trabajar caliente con la corriente máxima de salida de la fuente.

   Si la fuente se instala en caja cerrada, el radiador de Q3 y Q4 debe quedar en el exterior.

 

   Se puede añadir un indicador LED, que se conecta en paralelo con C1 y en serie con una resistencia de 3,3 k ohms / 0,5W como se muestra en la figura 5.

 


 

 

 

   PRUEBA Y USO

   Esta fuente no tiene protección contra cortocircuitos en la salida. Una corriente excesiva en la salida puede dañar los transistores e incluso el transformador. Sin embargo, en un caso como éste es más probable que antes, el fusible de entrada se quema.

   Para probar la fuente basta conectar un voltímetro en la salida (puede ser el multímetro en la escala apropiada de tensiones CC o DC). Compruebe la variación de la tensión de salida actuando sobre P1.

   Un voltímetro de 0-20 V o 0-25V común puede ser agregado a la salida de la fuente para permitir una mejor monitorización de la tensión.

   Para usar observe la polaridad de la salida y utilice hilos de espesor compatible con la corriente requerida por el aparato alimentado. Nunca supere los límites de corriente de la fuente.

   Nunca varíe la tensión de la fuente con algún aparato conectado a su salida, ya que el aparato alimentado puede sufrir daños.

   

   Semiconductores:

   Q1 - BC547 - transistores NPN de uso general

   Q2 - TIP31 - transistores NPN de potencia

   Q3, Q4 - 2N3055 - transistores NPN de alta potencia

   D1 a D4 - 1N5402 o equivalentes - diodos de silicio

   Z1 - 22 V / 1 W - diodo zener

   

Resistores:

   R1 - 8,2k / 0,5 W

   R2 - 47ohms / 1 W

   R3 - 100 ohms / 0,5 W

   R4, R5 - 0,22 ohms / 2 W - hilo - ver texto

   P1 - 47k ohms - potenciómetro

   

Capacitores:

   C1 - 4 700 uF / 40 V - electrolítico

   C2 - 10 uF / 25 V - electrolítico

   C3 - 1 000 uF / 35 V - electrolítico

   

Varios:

   S1 - Interruptor simple

   T1 - Transformador con primario según la red de energía y secundaria de 20 V / 5 A

   F1 - 2 A - fusible

   Placa de circuito impreso, radiadores de calor para los transistores, bornes de salida, cable de fuerza, soporte de fusible, hilos, soldadura, caja para montaje, etc.

          

 

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