FUENTES DE ALIMENTACININTRODUCCIN Los diodos son dispositivos electrnicos cuyo funcionamiento consiste en permitir el paso de la corriente en un sentido y oponerse en el opuesto. Vamos a ver una de las aplicaciones de los diodos gracias a esta caracterstica. Las fuentes de alimentacin son usadas para suministrar corriente elctrica a nuestros aparatos electrnicos pero como parten de una corriente alterna es necesario transformarla a corriente continua. En este objetivo vamos a tener como grandes aliados a los diodos. La fuente de alimentacin (Figura 1), es a un dispositivo que suministra energa elctrica - a los equipos electrnicos, en forma similar a lo que son los "alimentos" para los seres humanos. Es evidente que cualquier equipo necesita de ella para funcionar. Si falla la fuente, falla todo el equipo.

Figura 1. Fuente de alimentacin elctrica. La forma en que est disponible la energa elctrica de nuestros hogares no es la adecuada para los aparatos que todos conocemos: televisores, lavadoras, heladeras, etc. Ya que la mayor parte de estos aparatos necesitan corriente continua para funcionar, mientras que de la que disponemos en nuestros enchufes, es de corriente alterna. Tenemos dos soluciones: Usar pilas o bateras pero esto nos saldra muy caro. Transformar la corriente alterna en corriente continua (Figura 2).

Figura 2. Transformacin de Corriente Alterna en Corriente Continua. El proceso se divide en distintas etapas bien diferenciadas, como puede verse en la Figura 3. La corriente elctrica en "bruto" viene como corriente alterna (C.A.) y con tensin variable; sin embargo, tras atravesar la fuente de alimentacin, obtenemos corriente continua (C.C.) con tensin constante... y esta es la que nos interesa pues es la que vamos a conectar a nuestros dispositivos.

Figura 3. Proceso de conversin de C.A. en C.C. La primera etapa por la que va a tener que pasar la corriente va a ser por un transformador de potencia. Este no hace ms que elevar la diferencia de potencial o disminuirla (depende del tipo de transformador). Haciendo una similitud entre la corriente y un chorro de agua, podemos imaginar el efecto de este primer paso, que es el transformador, como si a una manguera por la que est circulando agua la pisramos. Veramos que al disminuir el ancho de la manguera, seguira saliendo la misma cantidad de agua, pero a mayor presin (Figura 4). Este ejemplo equivaldra a un transformador cuya funcin fuese la de aumentar la tensin. Por el contrario un transformador que disminuyese la tensin se podra comparar con una manguera en la que la mitad de ella tuviera una anchura, y la otra mitad tuviera una anchura mayor. El agua al pasar del trozo de manguera ms estrecho

al trozo ms ancho sufrira un "frenazo" en su camino de un extremo de la manguera al otro. As entrara a una presin y saldra a una presin menor.

Figura 4. Con los transformadores podemos conseguir que la tensin aumente, igual que aumenta la presin del agua al estrecharse la manguera. El segundo paso para la corriente se conoce con el nombre de rectificador. La finalidad de ste, tcnicamente hablando, se dice que es convertir la tensin y corriente alterna en tensin y corriente "unidireccionales". En nuestro ejemplo es bien sencillo darse cuenta de lo que esto significa; como hemos visto, la corriente alterna se puede equiparar al agua circulando ahora en este sentido... ahora en el contrario... y as sucesivamente. Pues un rectificador no sera ms que una vlvula de seguridad. Como muestra la Figura 5 donde se permite al agua circular nica y exclusivamente en un sentido pero no en el contrario. As pues, la polaridad de la tensin que salga del rectificador va a ser siempre la misma y por tanto, a partir de aqu, ya tenemos corriente continua. Sin embargo la tensin de que disponemos todava no es la adecuada ya que, a pesar de no hacerse negativa, todava sigue oscilando entre cero, un mximo... y de nuevo cero.

Figura 5. Circulacin en un solo sentido.

En el siguiente paso, el filtro, va a ser el encargado de "apaciguar" estas oscilaciones de la tensin consiguiendo una tensin con unas oscilaciones bastantes menores. De nuevo podramos imaginar una manguera que tuviese un trozo ancho y a continuacin otro estrecho y as de principio a fin; algo similar a una "ristra de chorizos". El agua circulara oscilando constantemente su presin, siendo esta mayor en los trozos estrechos y menor en los anchos, pues bien, nuestro filtro sera "algo" que alisara esas rugosidades de la manguera consiguiendo que el agua no sufriera tan grandes cambios de presin y fluyera de una forma ms continua. Por ltimo, podemos encontrarnos, aunque no siempre se utiliza, un regulador. La finalidad de dicho dispositivo no es otra que atenuar ms si cabe esas pequeas variaciones de tensin que todava se producen, proporcionando una tensin constante entre los bornes. En nuestro ejemplo es como si por fin dispusiramos de una manguera lisa y uniforme a travs de la cual circula una corriente de agua constante sin sufrir ningn tipo de variacin en su presin ni en su caudal. A continuacin, vamos a examinar cada uno de los dispositivos (etapas) con ms detalle con el fin de poder llegar a un mayor entendimiento sobre cules son las propiedades y caractersticas de cada uno de ellos. 1. TRANSFORMADOR El transformador entrega en su secundario una seal con una amplitud menor a la seal de entrada (Figura 6). La seal que se entrega en el secundario del transformador deber tener un valor acorde a la tensin (voltaje) final, de corriente continua, que se desea obtener. Por ejemplo: Si se desea obtener un voltaje final en corriente directa de 12 Voltios, el secundario del transformador deber tener un voltaje en corriente alterna no menor a los 9 voltios, quedando este valor muy ajustado (recordar que el valor pico el secundario es: Vp = 1.41 x Vrms = 1.41 x 9 = 12.69 Voltios. Si se toman en cuenta las cadas de voltaje en las diferentes etapas (bloques) de la fuente de poder, posiblemente ya no se puedan obtener los 12 voltios esperados.

Figura 6. Fuente de alimentacin con rectificador de media onda. 2. RECTIFICADOR Los rectificadores estn formados por diodos y se utilizan el proceso de transformacin de una seal de corriente alterna a corriente continua, permitiendo el paso o no de los semiciclos de ondas de corriente alterna. 2.1 Rectificador de Media Onda El primero de los rectificadores que vamos a ver es el llamado Rectificador de Media Onda. Es el ms sencillo de todos los rectificadores, siendo el ms barato de implementar, y uno de los menos usados cuando se requiere eficacia y buen rendimiento. Inicialmente se reduce el voltaje de la red (110 / 220 voltios AC u otro) a uno ms bajo como 12 o 15 Voltios AC con ayuda de un transformador. A la salida del transformador se pone el circuito rectificador. La tensin en el secundario del transformador es alterna, y tendr un semiciclo positivo (Figura 7).

Figura 7. Rectificador de media onda.

Este circuito rectificador est formado por un solo diodo. La tensin de entrada al circuito es tensin de corriente alterna y, como sabemos, esta tensin viene representada por una sinusoide con dos ciclos uno positivo y otro negativo. Durante el ciclo positivo el nodo del diodo es ms positivo que el ctodo y la corriente puede circular a travs del diodo. Pero cuando estamos en el ciclo negativo, el nodo va a ser ms negativo que el ctodo y no va a estar permitido el paso de corriente por el diodo. La tensin de salida va a ser igual que la de entrada en el primer caso, es decir, un ciclo positivo, mientras que en el segundo caso, cuando la tensin de entrada es negativa, la de salida va a ser nula. La onda de salida ha quedado reducida a la mitad y de ah viene el nombre de rectificador de media onda. Polarizacin del diodo en sentido directo Durante el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en directo, permitiendo el paso de la corriente a travs de l. (Figura 8(a)). Si el diodo es considerado como ideal, este se comporta como un cortocircuito, (Figura 8(b)), entonces toda la tensin del secundario aparecer en la resistencia de carga.

Figuras 8(a) y 8(b) Polarizacin del diodo en sentido directo. Polarizacin del diodo en sentido inverso Durante el semiciclo negativo, la corriente entregada por el transformador querr circular en sentido opuesto a la flecha del diodo (Figura 9(a)). Si el diodo es considerado ideal entonces este acta como un circuito abierto y no habr flujo de corriente (Figura 9(b)).

Figuras 9(a) y 9(b). Polarizacin del diodo en sentido inverso.

Como hemos visto, la tensin de salida de un circuito rectificador de media onda se compone de un ciclo con un valor positivo igual al de la tensin de entrada (en el caso ms normal) y un ciclo con un valor nulo. Esto es la causa de que este tipo de rectificadores casi no se usen, ya que durante un tiempo no fluye corriente alguna en la salida. El voltaje que se produce no es muy til para hacer funcionar nuestros aparatos, de ah la necesidad de filtrarlo primero, no siendo muy fcil este filtrado. 2.2 Rectificador de Onda Completa con transformador de toma intermedia. Es el rectificador ms usado. La gran diferencia con el rectificador de onda media es que, en este caso, obtenemos a la salida tensin en todo instante y no tenemos intervalos de tiempo con una tensin nula como ocurra con el otro rectificador. Es un poco ms caro ya que est constituido por un nmero mayor de componentes pero merece la pena dada su mayor eficacia (Figura 10).

Figura 10. Rectificador de Onda Completa con Transformador de Toma intermedia. Estos rectificadores estn constituidos principalmente por dos diodos y un transformador con toma intermedia. Para explicar su funcionamiento tenemos que recordar que un diodo slo permite el paso de la corriente en un sentido; en este circuito tenemos dos diodos y cada uno de ellos va a permitir el paso a la corriente en un caso opuesto. As, uno circular cuando la tensin de corriente alterna de entrada se encuentre en el ciclo positivo y, el otro, cuando se encuentre en el negativo. Pero si no tuviramos la toma central el circuito estara cortado siempre, ya que cuando uno puede conducir el otro no, y viceversa, al estar colocados en sentidos opuestos; por eso tenemos que darle una "ruta alternativa" a la corriente para que se produzca tensin de salida en los dos ciclos de entrada. La tensin de entrada a los circuitos de onda completa no es aprovechada en su totalidad, ya que cada uno de los diodos trabaja con la mitad de tensin al estar la toma central en la mitad de la bobina; por eso, aunque vamos a obtener una tensin de corriente continua a la salida, en todo instante de tiempo su valor va a ser la mitad del de la tensin de entrada.

2.3 Rectificador de Onda Completa en puente de Graetz Con este tipo de rectificadores se obtiene una tensin de salida de corriente continua en todo instante, al igual que en el rectificador de onda completa. La ventaja es que la tensin de salida es de la misma magnitud que la de entrada, no perdemos la mitad como ocurra en los anteriores. La desventaja es que aqu necesitamos cuatro diodos, por lo que el costo de este tipo de circuitos es superior a los vistos anteriormente. El rectificador puente est formado por cuatro diodos que forman un puente entre la entrada y la salida. Estos diodos estn conectados en paralelo con el transformador, y no tienen ninguna toma central como ocurra en los de onda completa (Figura 11).

Figura 11. Rectificador de Onda Completa en puente de Graetz Si el ciclo de tensin de la corriente alterna es el positivo circula corriente por los diodos 1 y 2, obteniendo en la salida una tensin igual que la de entrada. Si el ciclo de entrada es negativo circula corriente por los diodos 3 y 4, y obtenemos a la salida una tensin igual en amplitud que la de entrada pero positiva en vez de negativa. Por tanto, en cada ciclo estamos obteniendo en la salida una tensin de corriente continua positiva y de igual amplitud que la de entrada. Con estos rectificadores aprovechamos toda la tensin de entrada y conseguimos una rectificacin de onda completa, aunque su precio es el ms elevado de todos. 2.4 Rectificadores Dobladores de Tensin Existe un mtodo que hace uso de los diodos y del efecto capacidad a fin de duplicar (o triplicar, cuadriplicar, etc.) una tensin dada pero con el inconveniente de no poder manejar una intensidad elevada, es decir, se eleva la tensin pero solo se puede utilizar estas para consumos pequeos.

En la ilustracin anterior, podemos ver un circuito doblador de tensin. Como vemos este circuito tambin hace uso de la propiedad de almacenamiento de energa de los condensadores as como del efecto de circulacin en un solo sentido de que gozan los diodos. Su funcionamiento comienza con la carga de C1 a la tensin Ve cuando D1 se polariza directamente, tal y como se ve en la grfica, debido al semiciclo negativo de entrada. En el ciclo siguiente D1 se polariza inversamente, D2 lo hace de forma directa y as se obtiene la carga de C2, pero esta vez la carga se hace a una tensin que es la suma de la almacenada en C1 y la proporcionada por Ve, es decir, C2 se carga a una tensin 2 x Ve , lo que es igual, en bornes de C2 se obtiene una tensin doble a la de entrada del circuito. Este tipo de circuitos se puede encadenar en cascada y lograr as, por ejemplo, triplicadores de tensin, los cuales son muy utilizados en la polarizacin de los TRC de los televisores, pero... eso es ya otra historia.

3. FILTROS Bajo este nombre se engloban un buen nmero de circuitos que tienden a adecuar una tensin alterna para, por ejemplo, utilizarla como alimentacin continua de cualquier circuito. Hemos visto cmo la tensin que entrega un rectificador no es del todo til debido a su constante variacin a lo largo del tiempo. Adems, sus oscilaciones van desde un valor mximo, hasta cero y este es otro inconveniente ya que en el momento en que la tensin es cero, no se entrega energa alguna. Pues bien, gracias al uso de un filtro conseguiremos alisar esas ondulaciones en la tensin, a fin de obtener una tensin lo ms parecida a una constante; adems el valor mnimo no ser cero sino que tendr un valor algo positivo. Los filtros se basan en la propiedad de almacenamiento de energa que ofrecen los componentes reactivos, como los condensadores y las bobinas. Un condensador se puede concebir como un depsito de energa donde al ser aplicada corriente entre sus terminales, ste la va reteniendo hasta llegar a un tope que vendr determinado por el tipo de condensador que sea (Figura 10). Una vez alcanzado dicho mximo, se pueden dar dos casos: El primero sera que la corriente siguiese circulando, el segundo que dejase de circular. En el primer caso, el condensador ya no afectara al paso de la corriente pues al estar cargado no necesita ms energa, pero, si la corriente cesa, entonces el condensador comienza a liberar o descargar su energa, siempre y cuando tuviese a que transferirla. En caso de no tener nada conectado a continuacin, esta energa quedara almacenada hasta que se tenga a que transferirla.

Figura 10. Un condensador almacena energa elctrica, similarmente a lo que ocurre en un tanque de agua convencional.

Los tipos de filtros ms utilizados son los siguientes: 3.1 Filtro con condensador. Este tipo de filtros tan solo precisa de la colocacin de un condensador de gran capacidad entre el diodo (o diodos) encargado de rectificar la Corriente Alterna y la salida de la misma hacia la carga (o circuito) a alimentar (Rc). En la ilustracin correspondiente nos podemos hacer cargo de cmo se conecta este condensador.

Como vemos en la ilustracin correspondiente, hemos aadido un condensador en paralelo. En esta situacin, si no se conectase nada entre los puntos A y B (llamados carga) el condensador comenzara a cargarse hasta llegar a su tope. Es entonces cuando nuestro filtro ofrece una tensin constante. Esta situacin sera suficiente siempre y cuando no se entregase corriente a la carga, es decir, no se conectase algo. Pero, evidentemente, sera absurdo disear un dispositivo electrnico para no utilizarlo. Qu pasa, cuando conectamos algo a las salidas del filtro? Pues que cualquier aparato electrnico que se conecte necesita energa para funcionar. Y esta energa elctrica que necesita la va a tomar de dos partes; por un lado toma energa de la propia fuente y por otro de la que tiene almacenada el condensador. Esto no tendra gran importancia si no fuera por el hecho de que el condensador al descargarse va perdiendo diferencia de potencial entre sus bornes, por tanto, vuelve a bajar la tensin. Sin embargo, como la fuente est constantemente suministrando energa elctrica, el condensador vuelve a cargarse y la tensin por tanto vuelve a subir. Es una oscilacin de tensin que depender de qu cantidad de energa requiera el dispositivo conectado. No obstante, estas oscilaciones son bastante menores que las obtenidas directamente del rectificador, as pues, su utilizacin est justificada.

Figura 10. Debido a las constantes de tiempo asociadas a las resistencias a travs de las que se realizan las secuencias sucesivas de carga y descarga del condensador se obtiene una salida de forma bastante ms "plana" que la seal que obtenemos en la salida de una etapa rectificadora. Filtro en pi: En la ilustracin correspondiente podemos observar cmo se configura en la prctica un filtro de este tipo. Como vemos, la denominacin "pi" se debe a la forma que se obtiene en el esquema que representa el citado filtro. La resistencia, junto al par de condensadores, muestra la mencionada "pi ".

Figura 11 Su funcionamiento intenta proteger al diodo D de los posibles picos de intensidad debidos a una carga excesivamente brusca. Ahora se vuelve a filtrar la resistencia R y el condensador C2 la seal obtenida ya en el tipo de filtro anterior, con lo que conseguimos atenuar an ms las oscilaciones de la tensin que llega a la carga (Rc). Factor de rizado La calidad de la seal, o tensin, continua que obtenemos despus de hacer pasar una seal alterna por un circuito de filtro depender de la complejidad de ste. Podemos, por ejemplo, encadenar circuitos de filtro para conseguir mejores seales de salida (que lleven menos "rizado" sobre el componente de continua).

El valor que determina esta calidad se conoce como factor de rizado o, ms simplemente, rizado. Si tenemos una tensin continua, cuyo valor llamamos VDC, e incorpora sobre ella una tensin de rizado a cuyo valor pico a pico (as denominamos la medida de una tensin sinusoidal cuando nos referimos a la mxima distancia entre el pico superior y el inferior de la misma) llamamos VAC, el valor del factor de rizado (Fr) ser:

Filtro de la tensin rectificada El funcionamiento de un filtro formado por un condensador est basado en que dicho condensador puede almacenar energa. Hay otro tipo de dispositivos capaces de almacenar la energa, son los inductores. Podemos tener un filtro formado por un inductor, un condensador o ambos juntos. APLICACINES S, a veces no basta con rectificar una tensin alterna. El tratamiento de los diodos rectificadores se ve apoyado por otros diodos que, convenientemente configurados, pueden limitar y recortar tensiones. Adems de esto vamos a ver cmo filtrar una seal con objeto de que se asimile lo ms posible a una Corriente Continua.

La tensin alterna, o las seales alternas cualquiera que sea su tipo, se utilizan en electrnica tal cual o se tratan para adaptarse lo ms posible al tipo y magnitud de la seal requerida. Para conseguir este fin los componentes electrnicos nos ofrecen diferentes posibilidades. Slo tenemos que combinarlos de la forma adecuada y constituir as los circuitos de tratamiento que estn ya inventados o, por qu no?, inventar nosotros algn otro circuito. En la electrnica, como en el arte, todo es cuestin de imaginacin e inventiva. CIRCUITOS LIMITADORES Los circuitos limitadores (o recortadores) hacen uso de los diodos pero de un modo distinto al que hemos estudiado desde el punto de vista de la rectificacin.

Desde una ptica prctica, podemos dividir a los recortadores en recortadores serie, recortadores paralelo y recortadores polarizados paralelo. Recortador serie: La posibilidad de colocar el diodo serie en uno u otro sentido posibilita que "recortemos" semiciclos positivos o negativos. Recortador paralelo: Este tipo de recortador vara la posicin del diodo pero basa su operativa en similares premisas. Recortador polarizado: Esta clase de recortados utiliza una segunda polarizacin en serie con el diodo paralelo recortador. Esto se traduce en que el lmite de conduccin se ve incrementado, mientras que el valor absoluto de VP (segunda polarizacin) ser mayor que el valor absoluto de la tensin alterna de entrada (VAC). En la ilustracin correspondiente vemos un recortador polarizado negativo y un recortador doble que utiliza dos polarizaciones contrarias sobre dos diodos (Va y Vb).

El diodo zener como regulador de tensin Al colocar un diodo tipo zener intercalado en un circuito la carga a alimentar (Rc) y el condensador de filtro (Cf), se origina una regulacin real de tensin en la alimentacin de la carga. Esto se debe a que estos diodos zener se fabrican de forma especfica para que se comporten como un diodo normal si no se alcanza la tensin zener (ya comentada) y responden, con una elevada corriente ante pequeas variaciones de tensin si trabajamos en esa zona. La utilizacin de esta caracterstica hace que el diodo realice una regulacin de tensin. Dicha tensin es indicada en la cpsula del mismo y viene prefijada de fbrica.

De todos modos el diodo necesita el concurso de una resistencia limitadora para configurar totalmente la etapa "reguladora". El clculo de dicha resistencia es sencillo si aplicamos la frmula siguiente:

Siendo: V: Tensin en la salida del filtro (Cf). VZ: Tensin zener o tensin de salida IC: Corriente que circula por la carga. IZ: Corriente que circula por el zener (IZ = 20 % IC) Por ejemplo, si deseamos estabilizar a 12 V una tensin de entrada de 18 V y si la carga consume 100 mA tenemos que:

Si aplicamos la Ley de Ohm podemos deducir que la potencia de la resistencia y del diodo zener debern ser de:

FUENTES REGULADAS Y ESTABILIZADAS INTRODUCCIN La tensin continua disponible a la salida del filtro del rectificador puede que no sea lo suficientemente buena, debida al rizado, o que vare su valor ante determinado tipo de perturbaciones, como variaciones de la tensin de entrada, de la carga o de la temperatura. En estos casos se necesitan circuitos de regulacin o estabilizacin para conseguir que la tensin continua a utilizar sea lo ms constante posible. Lo ideal sera que la tensin de salida fuera constante para cualquier condicin del circuito, pero esto es imposible debido a: a) La tensin de red puede tener variaciones de hasta el 20% de su valor nominal.

b) El circuito de carga conectado al rectificador puede absorver ms o menos corriente. Al aumentar la corriente por la carga, la tensin de salida disminuir debido a la caida en la resistencia del transformador y la de los diodos. c) En la salida aparece un rizado. d) Cuando se utilizan dispositivos semiconductores, la tensin de salida vara con la temperatura

Una fuente de tensin estabilizada o regulada es aquella que cumple: D Vs / Vs < D Ve / Ve Una fuente de corriente estabilizada o regulada es aquella que cumple: D Is / Is < D Ie / Ie Adems de la clasificacin en fuentes de corriente y fuentes de tensin, cabe distinguir dos tipos: a) Fuentes estabilizadas: Consiguen la estabilizacin de la magnitud de salida (tensin corriente) utilizando directamente la caracterstica no lineal de un dispositivo electrnico. b) Fuentes reguladas: consiguen la estabilizacin de la magnitud de salida mediante un sistema de control o de realimentacin negativa que corrige automticamente dicha magnitud de salida. FUENTE ESTABILIZADA DE TENSION El rizado y la resistencia de salida de una fuente no estabilizada (transformador, rectificador filtro) resultan ser demasiado grandes para algunas aplicaciones. Se trata de reducirlos mediante una fuente estabilizada que utiliza un diodo zener.

F A. no estabilizada

Estabilizador

Carga

Los datos de salida suelen ser:

Vs deseada. Is mxima e Is mnima. Rr.

Se desea calcular el zener y Rs El margen de variacin de la resistencia de carga ser: RLmx = Vs / Ismn RLmn = Vs / Ismx Eleccin del zener: La tensin nominal del zener ha de ser igual a la tensin deseada: Vz = Vs Eleccin de Rs: Para calcularl deberemos ver primero el circuito equivalente del zener

Diodo idealrz

Vz

rz , Iz y Vz son caractersticas de cada zener en particular, y son suministradas por el fabricante. El circuito resultante es:

en el que R's = Rr + Rs Resulta: Vs = Iz rz + Vz Vs = Is RL Ve = Ie R's + Vs = (Iz + Is) R's + VsDe donde operando:

Los valores lmites de que garantizan que el zener trabaja en la zona deseada son :

El valor de R's que se escoja debe cumplir: R's mn < R's < R's mx Se deber procurar que el valor comercial de R's escogido est ms cerca de R's mx que de R's mn, a fin de evitar que el zener se caliente excesivamente. Recurdese que R's = Rr + Rs

FUENTES REGULADAS Una fuente regulada de tensin utiliza una realimentacin negativa que detecta de un modo instantneo las variaciones de tensin de salida, actuando como control que las corrige automticamente. La regulacin puede ser en serie o en paralelo. REGULACION SERIE Una fraccin de la tensin de salida, m Vs, es comparada con una tensin de referencia VR. La diferencia de las dos es amplificada por el amplificador de error y aplicada al control.

Si VR = m Vs => El control no acta. Si VR < m Vs => El control debe conducir menos para disminuir la tensin a la salida. Si VR > m Vs => El control debe conducir ms para aumentar la tensin a la salida.

REGULACION EN PARALELO En este montaje, el control trabaja en corriente (en la regulacin serie lo hace en tensin), siendo RS la encargada de producir la caida de tensin necesaria. El comparador compara una fraccin de la tensin de salida, m Vs, con una tensin de referencia, VR. La diferencia entre estas dos es amplificada por el amplificador de error y aplicada al control. Si VR = m Vs => El control no acta.

Si VR > m Vs => El control debe conducir menos, para, al drenar menos corriente por RS, disminuir la cada de tensin en sta y aumentar la de salida. Si VR < m Vs => El control debe conducir ms para, al drenar ms corriente por Rs, aumentar la cada en sta y disminuir la salida.

COMPARACION ENTRE LOS DOS TIPOS DE REGULACIN La diferencia entre los dos tipos estriba en el elemento de control. Regulacin en serie El control soporta toda la corriente de carga. Est sometido a una diferencia de potencial en extremos igual a Vs - Ve.

Regulacin en paralelo El control deriva menos corriente cuanto mayor es la corriente de carga. Con cargas muy fuertes, el control estar trabajando con pequeas corrientes. La diferencia de potencial aplicada al control es Vs, ya que est en paralelo con la salida. De las anteriores consideraciones se deduce que, a fin de no cargar excesivamente el control, la regulacin en serie es apropiada para pequeas corrientes de carga y/o grandes tensiones de salida, en tanto que la regulacin en paralelo es apta para grandes corrientes de carga y/o pequeas tensiones de salida. En algunos casos, en que el margen de tensiones y corrientes en que va a trabajar la fuente es muy grande, se recurre al montaje de dos fuentes, una en serie y otra

en paralelo, con un conmutador que selecciona una u otra, segn las condiciones de trabajo. Una fraccin de la tensin de salida, m Vs, es comparada con una tensin de referencia VR. La diferencia de las dos es amplificada por el amplificador de error y aplicada al control. ELEMENTO DE REFERENCIA

Deber ser tal que proporcione una tensin VR lo ms constante posible. Se utilizar un diodo zener. Es preciso que IZ sea lo ms constante posible. Para ello ha de procurarse que I1 >> I2 Las variaciones de la tensin de salidaafectarn (al aumentar IZ, aumenta VR, y al contrario). a la de referencia

Si rZ es pequea (idealmente, cero), VR = VZ independiente de IZ ELEMENTO DE MUESTRA Ha de tomarse una fraccin de la tensin de salida para medir sus variaciones y compararlas con la de referencia.

Se utiliza un divisor resistivo. La corriente que absorbe el comparador debe ser despreciable frente a I1, a fin de no cargar apreciablemente al divisor. En estas condiciones: R(1 - a) + R2 m Vs = --------------------- x Vs R 1 + R + R2 ELEMENTO COMPARADOR La seal de salida del comparador debe ser proporcional a la diferencia entre la tensin suministrada por el muestreador (m Vs) y la de referencia (VR).

Si m Vs aumenta, aumentar la corriente de base o, lo que es lo mismo, VBE, produciendo un aumento en la corriente de colectorm Vs - VR - VBE m Vs - VR IC = -------------------- -----------rz rz

Obsrvese que IC depende pues de la diferencia entre la tensin de muestra y la tensin de referencia (VS - VR). Debido pues a que como tanto el zener como el transistor son elementos semiconductores, el funcionamiento de nuestro circuito variar con la temperatura.. Se conseguir una buena compensacin trmica cuando:D VBE -------- y DT D VR --------DT

sean del mismo valor y de signos opuestos. A este fin, son muy apropiados los diodos zener de tensiones nominales alrededor de los seis voltios, por lo que, siempre que se pueda, se utilizarn estos valores. AMPLIFICADOR DE LA SEAL DE ERROR Suele ser un amplificador de acoplo directo, generalmente constituido por un solo transistor. Su objetivo es elevar la seal de error procedente del comparador a un nivel suficiente para atacar el control. En muchos casos, el mismo comparador hace las veces de amplificador de error. ELEMENTO DE CONTROL Interpreta la seal de error y corrige las variaciones de la tensin de salida, VS. Se suele utilizar un transistor conectado como indica la figura:

Si Vs, por ejemplo, tiende a aumentar, la seal de error ha de ejercer sobre el transistor una accin tal que haga que Vs tienda a disminuir (realimentacin negativa), contrarrestando la variacin inicial. Por tanto, deber aumentar VCE en el caso de regulacin en serie, y aumentar Ic en el caso de regulacin en paralelo. Supongamos que Ve tiende a aumentar (debido a fluctuaciones en la red); => Vs tender a aumentar. Este aumento de Vs, a travs del comparador, har que vare Ic. Como la corriente la corriente que entra en el nudo, suministrada por un generador de corriente, es constante, al aumentar Ic disminuir IB, con lo que el transistor conducir menos, aumentando VCE. As pues, vemos que un aumento de Ve es absorbido entre colector y emisor, mantenindose de ese modo Vs constante. Un aumento de la corriente de carga producir una disminucin de Vs (debida a la resistencia de salida de la fuente). El circuito reaccionar de manera que Ic disminuir, por lo tanto aumentar IB con lo que el transistor conducir ms, disminuyendo la VCE. De esta manera, variaciones de la carga son compensadas por el circuito. En muchos casos, el generador de corriente est constituido por una simple resistencia. Cuando se quiera mayor precisin, se montar un transistor como generador de corriente, es decir, fijando la tensin de base y haciendo la salida por colector. Para obtener la tensin de base constante se utiliza un zener. El conjunto recibe el nombre de prerregulador.

Prerregulador

Icte =

VZ - VBE VZ ----------- ------ = cte. R3 R3

Nota: Icte : significa " corriente constante" R2 es la resistencia de polarizacin del zener.

Se debe cumplir que Icte sea mayor o igual que 2 IBmx. En el caso de utilizar una resistencia:Ve - Vs - VBEcontrol V e - Vs R = ----------------------------------- ------------Icte Icte

CONSIDERACIONES SOBRE LA TENSION DE SALIDA A.- Tensin mnima de salida. Vsmn = VR No se puede bajar de este valor, por lo que, si se quieren obtener pequeas tensiones de salida, es preciso utilizar zeners de baja tensin. B.-Tensin mxima de salida. Vsmx = Ve En este punto se pierde la regulacin, por lo que no es aconsejable acercarse a l. Conviene que la tensin de entrada sea bastante mayor que la de salida deseada. Ahora bien, si la de salida es variable (por medio del potencimetro del elemento de muestra), cuando a la salida est presenta la tensin mnima (VR), VCE alcanzar valores elevados, lo que habr que prever a fin de evitar la destruccin del transistor. Habr que contar con el caso peor, en que Vs = VR y Is = mxima. En este caso; VCE = Ve - VR y la potencia disipada por el control P = VCE . Ismx. CIRCUITO COMPLETO Un circuito elemental basado en los elementos explicados en los puntos anteriores sera:

Observar que hemos colocado en el elemento de control un transistor ms ( el T3) montado con el T2 en Darlington, de esa manera aumentamos la eficiencia del elemento de control al aumentar la b correspondiente.

PROTECCION CONTRA CORTOCIRCUITOS En la fuente regulada en serie, un cortocircuito es fatal para el transistor de control, ya que tiene que soportar toda la corriente de cortocircuito. No es as en la fuente regulada en paralelo, en la que al producirse un corto y quedar la tensin de salida a cero, todos los elementos quedan sin polarizacin. En este caso, es la resistencia serie, Rs, la que soporta toda la corriente. En las fuentes reguladas en serie es conveniente aadir, pues, un elemento de proteccin contra cortocircuitos, que desconecte el control cuando se produzca alguno. Los dos tipos ms usados son:

En ambos casos, cuando la corriente de salida excede de cierto valor, los diodos conducen en un caso o el transistor conmuta en el otro, saturndose y drenando la corriente de base del transistor de control, que queda sin polarizacin y, por tanto, desconectado. OSCILACIONES EN UNA FUENTE Puede ocurrir, y de hecho ocurre en multitud de ocasiones, que la realimentacin, que en contnua es negativa, se convierta en positiva para alguna frecuencia, generalmente muy alta, dando lugar a que la fuente oscile. Para evitar esta eventualidad, se conecta en paralelo con la salida un condensador de gran capacidad, (condensador C2 de la figura ) que cortocircuitar las componentes de alta frecuencia debidas a la oscilacin. Otra solucin consiste en conectar un condensador (C1) entre el colector y la base del transistor comparador (T1); de este modo queda cortocircuitado para las altas frecuencias, con lo que no hay amplificacin. Algunas veces, en que la fuente tiene fuerte tendencia a la oscilacin, se utilizan las dos soluciones simultneamente.

FUENTES VARIABLES HASTA CERO VOLTIOS Se ha dicho que la mnima tensin en una fuente regulada en serie es VR. Cuando se necesita que la fuente suministre tensin variable, desde un cierto valor mximo hasta cero voltios, es preciso recurrir a la alimentacin simtrica: una tensin positiva y otra negativa respecto de masa. De este modo si VR es positiva respecto de su barra de alimentacin, y esta, a su vez, es negativa respecto de masa, puede conseguirse que el emisor del comparador quede a cero voltios respecto de masa, con lo que, realmente, est comparando mVs con cero voltios.

Huelga decir que todo lo que se ha dicho de las fuentes aqu estudiadas, con negativo a masa, es vlido para fuentes con positivo a masa, sin ms que cambiar la polaridad de todos los elementos que la tengan (transistores, diodos y condensadores electrolticos).

REGULADORES MONOLITICOS Existen pastillas de circuito integrado que funcionan como reguladores de tensin, lo que representa ventajas respecto a los circuitos con elementos discretos. Los mdulos bsicos pueden usarse directamente o agregando componentes exteriores. Con este tipo de dispositivos se alcanzan tensiones de salida reguladas que varan entre cero voltios y algunos centenares. El fabricante suministra toda la informacin necesaria para un uso de terminales hacia afuera: tensin de salida (fija o ajustable), corriente mxima de salida, regulacin, rizado, margen de la tensin de entrada, margen de temperatura de funcionamiento, etc. Tambin se indica la misin hacia afuera de los distintos terminales. Como ejemplo, se ver un circuito en que, adems del C.I., se utilizan componentes discretos exteriores, y cul es la funcin de cada terminal. REGULADOR DE TENSION DE PRECISION: CA723, CA723C The CA723 and CA723C are silicon monolithic integrated circuits designed for service as voltage regulators at output voltages ranging from 2V to 37V at currents up to 150mA.o o o o

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Alimentacin positiva o negativa Serie, shunt, conmutacin u operacin flotante Salida de tensin ajustable de 2 a 37 voltios. Corriente de salida hasta 150 mA. sin transistor externo de paso. Valores mximos absolutos (TA = 25 C) Tensin desde V+ a V40 V. Tensin diferencial entre entrada y salida 40 V. Mxima corriente de salida 150 mA. Rango de temperaturas de 0C a 70C.

Diagrama de conexiones:1.- No conectar 2.-Limitacin de corriente 3.- Sensor de corriente 4.- Entrada inversora 5.- Entrada no inversora 6.- VREF 7.- V8.- No conectar 9.- Vz 10.- Vs 11.- Vc 12.- V+ 13.- Compensacin de frecuencia 14.- No conectar

CIRCUITO EQUIVALENTE

Caractersticas elctricas

Parmetro Rechazo del rizado Rechazo del rizado

Condiciones Mn Tp Mx Unidades de medida F = 50 Hz a 74 dB 10 Kz. CREF = 0uF F = 50 Hz a 86 dB 10 Kz. CREF = 5uF Vs = 0 65 6,80 7,15 7,50 9'5 40 3 38 2 37 mA V. V. V. V.

Corriente de Rsc = 10 cortocircuito Tensin de referencia Tensin de entrada Tensin diferencial Tensin de salida

Aplicacin del CA723 como regulador de tensiones bajas ( 2 a 7 V.)

R3 debe ser igual al paralelo de R1 y R2 (tambin puede ser eliminada)

Usando un transistor externo (p-n-p)

R2 Vs = VREF ---------------Frmula vlida para las dos figuras R1 + R2 anteriores Aplicacin del CA723 como regulador de tensiones de ( 7 a 37 V.)

R3 debe ser igual al paralelo de R1 y R2 (tambin puede ser eliminada) Usando un transistor externo (n-p-n)

R1 + R2 Vs = VREF ---------------R2 Frmula vlida para las dos figuras anteriores.

REGULADOR DE TENSION NEGATIVA

VREF R1 + R2 Vs = ---------- --------------2 R1

( R3 = R4 )

REGULADOR DE POSITIVO FLOTANTE

VREF R2 - R1 Vs = ---------- --------------2 R1

( R3 = R4 )

Limitacin de corriente (para todos los casos):

VSENSE ILIMIT = ---------------Rsc

CIBERGRAFIA: http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/tutor1_fuentes.htm http://www.unicrom.com/Tut_ProbarFuente.asp