01c.Fuentes de Alimentación

Tecnología Electrónica

Fuentes de alimentación

http://paginaspersonales.deusto.es/jonathan.garibay/

Bibliografía

Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino,

McGraw-Hill.

Capítulo 4: Circuitos con Diodos

Capítulo 5: Diodos de Propósito Específico



Fuentes de Alimentación

El objetivo de una fuente de alimentación AC/DC es

transformar una señal alterna en una continua y estable.

Una fuente de alimentación está compuesta por 3 fases:

1. Fase de transformación: modifica o adapta el V y la I de un

circuito primario a otro secundario.

2. Fase de rectificación: formado por diodos, convierte una señal

alterna a una continua.

3. Fase de filtrado: se consigue una señal continua más estable.

Transformación Rectificación Filtrado



Fase de transformación

Se basa en un transformador con dos bobinas aisladas

eléctricamente y enrolladas alrededor de un mismo

material ferromagnético.

La transferencia de energía se realiza a través del flujo

magnético que se establece en el núcleo.

Un transformador sólo funciona con tensiones alternas.

Sin alterna no se genera flujo magnético.



Fase de transformación (continuación…)

En un transformador ideal la transferencia de potencia es del 100%; la potencia del primario es igual a la del secundario.

En la realidad, existe un factor de transferencia ‘k’ cercano al 98%.

La relación de transformación de tensiones e intensidades entre ambas bobinas depende del número de espiras NX.

Si k=1, entonces la potencia transferida es la misma, por lo que:

1

1

22 V

N

NV

N1 N2

V1 V2

*Si k≠1, hay que añadirlo en la fórmula multiplicando

1

2

12221121 I

N

NIIVIVPP




VP o tensión de pico es el máximo valor que alcanza una señal alterna.

VPP o tensión de pico a pico es el valor de tensión entre VP+y VP-; es decir, la amplitud máxima de la onda.

El valor medio se puede interpretar como el componente de continua de la oscilación sinusoidal.

Vrms o tensión eficaz es el voltaje equivalente de una corriente continua que desarrolla la misma potencia que una alterna.

V

t

VP

VPP

VrsmVV MAXP 2




Ejemplo:

Calcular la tensión eficaz de salida en el siguiente

transformador.

¿Cuál es la frecuencia del secundario?

Hz60f

V242

V34Vrms

V345

1V170V

V1702V120V

2

(2)

P(2)

P(1)

RL120V60Hz

5:1



Fase de rectificación

En la fase de rectificación se consigue transformar la

señal alterna del secundario de un transformador en

una señal continua.

Existen muchos modelos diferentes:

Rectificador de media onda

Rectificador de onda completa

Puente rectificador




Está basado en un único diodo, que elimina la parte

negativa de la señal alterna de entrada;

En el ciclo positivo, el diodo se polariza en directa y deja

pasar la corriente

En el ciclo negativo, el diodo se polariza en inversa y no

deja pasar la corriente.

VI

VO

Función de transferencia

RL VO VI V

X:Y




Rectificador de media onda ideal VP(OUT)=VP(IN)

2ª aproximación VP(OUT)=VP(IN) - 0,7V

t

VO

VI

V

VI

VO0,7V

t

VO

VI

V




El valor de continua de una señal de media onda es

el mismo que el valor medio de la misma.

La frecuencia de salida es la misma que la

frecuencia de entrada.

π

VV

PDC




Ejemplo:

Calcular la tensión continua en la carga para el siguiente

circuito.

V10,6π

V33,3V

V33,3V0,7V34V

V34V1705

1V

V1702V120V

DC(3)

P(3)

P(2)

P(1)

120V60Hz

D

RL

5:1




Consta de dos diodos, los cuales no pueden encontrase simultáneamente en polarización directa o inversa.

En el ciclo positivo, el diodo D1 se polariza en directa y deja pasar la corriente; el diodo D2 está en inversa y no deja pasar la corriente.

En el ciclo negativo, el diodo D1 se polariza en inversa y no deja pasar la corriente; el diodo D2 está en directa y deja pasar la corriente.

La tensión de entrada será la mitad de la tensión del secundario del transformador.

RL

VO

VI

V

X:Y D1

D2



Rectificador de Onda Completa

Rectificador de onda completa ideal VP(OUT)=VP(IN)/2

2ª aproximación VP(OUT)=VP(IN)/2 – 0,7V

t

VO

VI

V

t

VO

VI

V




Valor de continua o valor medio: la señal tiene el

doble de ciclos por lo que el valor será el doble:

La frecuencia de la señal rectificada de onda

completa es el doble de la frecuencia de entrada.

π

V2V

PDC




Ejemplo:

Calcular la tensión continua en la carga para el siguiente circuito rectificador.

¿Cuál es la frecuencia de salida?

Hz120Hz602f

V10,8π

V16,32V

V16,3V0,72

V34V

V34V1705

1V

V1702V120V

OUT

DC(3)

P(3)

P(2)

P(1)

120V60Hz

D1

D2

RL

5:1



Puente Rectificador o de Graetz

Está formado por 4 diodos.

En este caso, la tierra está asilada del transformador.

En el ciclo positivo, los diodos D1 y D2 están polarizados en directa y conducen; D3 y D4 están en inversa.

En el ciclo negativo, los diodos D3 y D4 están polarizados en directa y conducen; D1 y D2 están en inversa.

El puente rectificador actúa como dos

rectificadores de media onda superpuestos.

RL VO VI

V

X:Y

D1

D2

D3

D4




Puente rectificador ideal VP(OUT)=VP(IN)

2ª aproximación VP(OUT)=VP(IN) – 1,4V

Hay dos diodos en el camino de la conducción.

t

VO

VI

V

t

VO

VI

V




Como un rectificador produce una salida de onda

completa, las ecuaciones para el valor medio y la

frecuencia de salida son las mismas que para el

rectificador de onda completa.

El puente rectificado es muy usado por lo que existe

un dispositivo como tal.



Comparativa de Rectificadores

Media Onda Onda Completa Puente

Numero de Diodos 1 2 4

Entrada del

rectificadorVP(2) 0,5VP(2) VP(2)

Salida de Pico

(ideal)VP(2) 0,5VP(2) VP(2)

Salida de Pico

(2º aproximación)VP(2) - 0,7V 0,5VP(2) - 0,7V VP(2) – 1,4V

Salida en Continua VP(out)/л 2VP(out)/л 2VP(out)/л

Frecuencia de rizado fin 2fin 2fin



Fase de Filtrado

Con cualquiera de los rectificadores conseguimos

señales continuas; el siguiente paso será conseguir

señales continuas más constantes.

Esto se consigue añadiendo al circuito rectificador un

condensador en paralelo con la resistencia de carga.



Filtro C

Es el filtro más sencillo, y está basado en un único

condensador colocado en paralelo con la resistencia

de carga.

Proceso de análisis:

1. Se supone que no existe la resistencia de carga y el

diodo es ideal.

2. Se incluye la resistencia de carga.

3. Se supone el diodo en 2ª aproximación.

RL VO VI

+CVD





Filtro C

t

VO

VI

V

VD

t

VO

VI

V

VD



Filtro C

Tensión de rizado: mide la calidad de la tensión

continua que se está consiguiendo.

Cuanto más pequeño sea el rizado, más continua y mejor

filtrado.

Factor de rizado: da una idea de lo bueno o malo

que es el rizado; es decir, lo que se aproxima la

tensión de salida a una tensión continua.

Cf

IV

LR

siendo:

IL = corriente continua en la carga

f = frecuencia de rizado

C = capacidad del condensador

100(%)V

Vγ

DC

R



Filtro C

Ejemplo:

Calcular la tensión de rizado para el siguiente circuito

rectificador:

PPR

L

P(3)

P(2)

P(1)

V1,11μF100Hz60

mA6,66V

mA6,66K5

V33,3I

V33,3V0,7V34V

V34V1705

1V

V1702V120V

C1100u

120V60Hz

D

RL5K

5:1



Filtro LC

Va a ser un filtro basado en inductancias y

condensadores.

Se disminuye mucho el voltaje de rizado con

condensadores de pequeño valor.

El voltaje de rizado para el segundo condensador

será [no entra en el examen]:

RL VO VI

+C1

+C2

L

1CLfπ4

VV

222

1RC2RC



Filtro RC

Se sustituye la inductancia del filtro LC por una

resistencia.

Mejora el voltaje de rizado para corrientes del circuito

pequeñas.

La tensión de rizado para el segundo condensador

será [no entra en el examen]:

1CRfπ2

VV

2C

1RC2RC

RL VO VI

+C1

+C2

RC



Fusibles

Van a ser los elementos de protección en un circuito.

Soporta un cierto límite de intensidad; si se supera, el

fusible se funde y deja el circuito abierto.

RL R F

FusibleFusible

R: etapa de rectificación F: Etapa de filtrado



Estabilizadores

La resistencia de carga es variable, por lo que el

voltaje de salida de la fuente de alimentación puede

cambiar.

La familia de estabilizadores 78xx proporcionan hasta un

1A de intensidad al circuito; la tensión de entrada debe

ser como mínimo 1V mayor que la que genere el

regulador.

RL R F

7805+

C1

+C2




Estabilizadores con Diodos Zener

Cuando el diodo trabaja en la zona de ruptura,

mantiene constante la tensión en la carga.

Incluso cuando la tensión en la fuente cambie.

S

ZFS

R

VVI

t

VF

VI

V

VR

VO

VZ

RS

RL R FVI VR VF VO




Estabilizadores con Diodos Zener (continuación…)

Ejemplo:

Calcular la corriente que circula por la resistencia RS y la

potencia disipada por el diodo zener.

mW78,21mA23,7V3.3P

mA23,7K1

V3,3mA27ILISI

mA27100

V3,3V6I

Z

Z

S

DZ3.3V

RS

100

RL1K

VS6V


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