Uno de los equipos más importantes para el principiante en electrónica es la fuente de alimentación. En realidad, la fuente de alimentación aparece a la entrada de todos los equipos transistorizados e integrados, que son alimentados a partir de la red. En este articulo se indica lo que Vd. necesita saber sobre fuentes de alimentación, para no tener dificultades en su montaje y en su uso.
La mayoría de los circuitos electrónicos opera con bajas tensiones, entre 3 y 12 V, y a su vez, con corriente continua. Pilas y baterías suministran estas tensiones, así como una corriente que circula siempre en el mismo sentido y no sufre variaciones, es decir, una corriente continua.
La asociación en serie de pilas de 1,5 V forman una batería, obteniendo tensiones de 3 a 12 V con facilidad. Fig. 1.
Entretanto, la tensión obtenida en una toma de alimentación de la red local tiene características completamente diferentes a las que precisa un equipo electrónico típico, alimentado mediante pilas.
En la toma de red, la tensión normal es de 110 ó 220 V, (normalmente esta última), y el tipo de corriente no es continua. La corriente en una toma de red normal es alterna.
Esto es así debido a que los generadores que producen esta alta tensión invierten constantemente su polaridad al ritmo de 100 veces por segundo, con lo cual se facilita su generación y transmisión.
Representando esta tensión de una forma más propia conforme se indica en la fig. 2, vemos que en cada segundo, 50 veces tiene una polaridad y 50 veces la opuesta. (hay países en que la frecuencia es 60 Hz)
Por tanto, la corriente que pasa por una lámpara conectada a una toma de esta energía invierte su sentido circulando 50 veces en uno y 50 veces en opuesto to ello en cada segundo.
En una lámpara es igual que circule en uno u otro sentido porque la corriente produce luz y calor del mismo modo. En los aparatos electrónicos, esto no es así.
Componentes como transistores, diodos, circuitos integrados, etc. sólo funcionan cuando la corriente circula en un determinado sentido.
Si queremos obtener tensiones propias para la alimentación de equipos electrónicos a partir de la tensión de la red, (alterna de 50 Hz), se requiere de un circuito especial llamado: fuente de alimentación.
La función de esta fuente es:
Reducir la tensión de 220 V hasta el valor deseado.
Transformarla en tensión continua del valor deseado.
Filtrarla, de modo que no quede ningún vestigio de sus variaciones y pueda perjudicar el funcionamiento del aparato alimentado.
Veamos cómo se realiza todo esto.
EL TRANSFORMADOR
Ya estudiamos cómo funcionan los transformadores en otros artículos de este sitio. Aplicando una tensión alterna a uno de sus devanados podemos modificar su valor, obteniendo una tensión diferente en el otro devanado. Podemos reducir o aumentar la tensión de red usando un transformador.
La tensión que el arrollamiento o devanado secundario (salida) debe tener depende de la que necesitemos. En un transformador de varias salidas, estas suelen estar marca das en los terminales del secundario. Asimismo, si decimos que un transformador tiene una salida de 6V, este valor se refiere al valor medio cuadrático de dicha señal, correspondiente aproximadamente al 70,7% del valor máximo de la tensión en cada ciclo, como vemos en la fig. 3.
La corriente que el transformador debe suministrar depende del equipo a alimentar. EI transformador debe de ser capaz de suministrar una corriente (por seguridad) algo mayor a la exigida. Por ejemplo, si vamos a alimentar un aparato de radio que necesita 100 mA (miliamperios), debemos usar un transformador de 150 ó 250 mA para mayor seguridad.
EL RECTIFICADOR
La tensión que obtenemos a la salida del transformador es alterna. EI siguiente paso consiste en su rectificación, es decir, la transformación en corriente continua. Esto se hace Existen tres procesos de rectificación:
1) Media onda: en este caso utilizamos un solo diodo a la salida del transformador como se indica en la figura 4.
EI diodo deja pasar solamente los semiciclos positivos de la serial, de modo que la corriente sólo circula en un sentido sobre la carga que se coloque. En este sistema, el otro semiciclo (negativo) se pierde, lo que significa que en teoría tiene un rendimiento del 50%.
Si el diodo se colocase al revés, dejaría pasar los semiciclos negativos y se perderían los positivos.
2) Onda completa: En este sistema necesitamos un transformador con toma intermedia en el secundario y dos diodos, como vemos en la fig. 5.
Los diodos funcionan alternativamente en este circuito, es decir, cuando un diodo conduce durante el semiciclo positivo, el otro diodo no conduce al encontrarse con el semiciclo negativo. A continuación, cuando el primer diodo no conduce por llegar el semiciclo negativo, conduce el segundo con el semiciclo positivo, obteniendo la sena! que vemos a la salida del circuito anterior.
En consecuencia, es conveniente usar en este circuito los dos diodos con las mismas características.
3) Onda completa con transformador sin toma intermedia en secundaria: En este circuito, ai no utilizar el transformador con toma intermedia en el secundario, es necesario disponer de cuatro diodos, formando en conjunto el llamado puente de diodos. Fig. 6.
En este sistema, D1 y D2 conducen durante los semiciclos positivos y D3 y D4 durante los negativos, sumándose a la salida y obteniendo la misma señal que anteriormente. En este caso, la corriente también se divide por los diodos.
Es importante hacer notar que cuando conduce un diodo actúa como rectificador. Si es de silicio, existe una caída de tensión en el mismo del orden de 0,6V. Asimismo, en cuanto que en los sistemas 1) y 2) se pierden 0,6V en la rectificación, en el sistema 3) se pierden 1,2V, pues la corriente pasa siempre por dos diodos en cada semiciclo rectificado.
EL FILTRO
La tensión continua obtenida después de los diodos no es una tensión del mismo tipo que la ofrecida por las pilas y baterías. En cuanto que la tensión suministrada por las pilas y baterías no sufre variaciones, en un rectificador está formada por «impulsos» o «picos» que perjudican el aparato o equipo alimentado. Si un aparato de radio se alimentase directamente a partir de los diodos, los impulsos o picos de tensión serian reproducidos en el altavoz en forma de sonido fuerte sordo.
Para evitar esto, debemos de filtrar o aplanar esta tensión, usando para ello, normalmente, capacitores.
En la fig. 7 se muestra la conexión de un capacitor, que funciona en este caso como acumulador de tensión.
Cuando los diodos conducen durante los semiciclos de corriente, el condensador se carga hasta la tensión máxima (de pico), que normalmente es 1,4 veces mayor que la tensión que nos suministra el transformador. Un transformador de 6 V hace que el condensador se cargue con aproximadamente 8,4 V, conforme se muestra en la figura 8.
Durante los intervalos de dos semiciclos, el capacitor se descarga a través de la carga, manteniendo más o menos constante el valor de la tensión y la corriente. De este modo, son eliminadas las «ondulaciones» y la carga recibe una corriente continua más pura.
Cuanto mayor sea el condensador, más tiempo se consigue mantener la tensión constante en la carga y, por tanto, más próxima al ideal de corriente continua.
Podemos decir que para tensiones entre 3 y 12 voltios, el condensador normal será de 1 000 µF por cada amperio de corriente que necesitemos en la carga.
La variación que existe entre la tensión obtenida a la salida respecto a la descarga del condensador, se denomina “ripple” o rizado, debiendo de ser lo menor posible en una buena fuente.
CARGA
Conforme al equipo o circuito que alimentemos, puede ser que exista una carga mayor, es decir, que se le exija una corriente mayor, con lo cual la tensión cae más rápidamente en el capacitor. Para que esto no ocurra y aparezca un rizado grande, es preciso usar un capacitor de mayor capacidad.
CONCLUSION
A la salida de una fuente podemos utilizar dispositivos reguladores que serán estudiados más adelante. Lo ideal para el practicante es disponer de una fuente que ofrezca las tensiones más comunes, es decir, entre 1,5 y 12 voltios, con una corriente de 1 A. Esta fuente permite alimentar la mayoría de los aparatos comunes, sin necesidad de utilizar pilas.
Una buena fuente debe de ofrecer un buen filtraje y presentar una etapa con regulación por diodo zener, ya que permite que las variaciones en la descarga del condensador sean eliminadas, manteniendo de este modo la tensión de salida constante.
Los lectores podrán montar fácilmente fuentes de tensión fija y ajustables, según diversos circuitos que tenemos en este sitio.