La fuente de alimentación
es algo indispensable en nuestro laboratorio si queremos realizar pruebas con
nuestros circuitos.
Por lo general los
circuitos se alimentan con corriente directa, por lo que en este articulo realizaremos
una fuente de este tipo para que comiencen a armar su laboratorio.
Como todos sabemos
la tensión de línea un nuestros hogares es alterna, en argentina 220v 50Hz, por
lo que nuestra fuente deberá ser capaz de transformar esa tensión a continua y
disminuirla a valores aceptables para nuestros circuitos, esos valores están
alrededor de 5v para microcontroldores y hasta 18v como máximo en promedio para
operacionales.
Con respecto a la
corriente con 1 ampere es suficiente para realizar ensayos.
Bueno comencemos
con un poco de teoría, una fuente de alimentación básica se compone de los
siguientes bloques.
Transformador
El transformador lo que hace es bajar
los niveles de tensión, los hay de variadas tensiones y corrientes en nuestro
caso utilizaremos uno de 12v 1A el cual nos será más que suficiente para
realizar pruebas ya que rara vez necesite mayor potencia además de que el
equipo terminado tiene un peso considerablemente mayor a medida que aumentamos
la potencia por si la quieres transportar.
Como podemos ver
en el diagrama de bloque el transformador tiene una entrada AC(corriente
alterna) y la salida también es de corriente alterna de forma similar pero de distinta
amplitud.
Hay que tener en
cuenta que los valores de tensión de pico de línea es de 220V*1.41=311V y la tensión
de salida con nuestro trafo tendrá 12*1.41=17V aproximadamente
En la imagen
podemos ver un transformador en donde la
etiqueta nos indica perfectamente la tensión del secundario 12V junto con su
corriente, 200mA, y la tensión y frecuencia del primario.
Rectificador
El rectificador se encarga de espejar
respecto a eje x los valores negativos de tensión, como muestra la figura del
diagrama de bloques, veamos más en detalle que es lo que hace:
Como podemos ver
tanto a la entrada como a la salida del rectificador solo se invierte la parte
negativa de la señal de entrada, manteniendo los valores de tensión prácticamente
iguales.
El circuito que
logra el cambio de este tipo de señal es un rectificador de onda completa que
se realiza mediante el uso de diodos. El diagrama es el siguiente:
como podemos ver la tensión alterna entra por la parte
inferior y superior y la salida
rectificada están indicadas con los signos positivo y negativo.
En el comercio
podemos encontrarlos como puentes rectificadores, para lo que necesitamos basta
con una de 1,5A que por lo general vienen en un encapsulado cilindrico con
cuatro terminales y se indica la polaridad de salida y los pines de entrada
para alterna.
Filtro
A la salida del filtro es donde ya
comenzaremos a ver una señal muy similar a la de una continua, esta etapa basicamente
es un capacitor el cual se encarga de mantener mediante su carga los valores de
tension sin cambios, o sea, durante el primer semiciclo de la senal rectificada
el capacitor se carga, a medida que la senal comienza a decrecer el capacitor
intenta mantener el valor de tension pero a medida que se va descargando va
produciendo un pequeno rizado en comparacion a de la salida del puente de
diodos.
Para algunas aplicaciones ese rizado no tiene importancia y
depende mucho del tamaño del capacitor y de la carga, pero en nuestro caso
realizaremos una fuente regulada variable por lo que aquí no termina nuestro
estudio.
Regulador
En este caso utilizaremos un regulador
comercial, el tan famoso LM317 en el que una de sus configuraciones se lo puede
utilizar como regulador de tensión variable entre 1.2V y 37V con una corriente máxima
de 1,5A. Esto no es tan asi como parece ya que también tiene limitaciones de
potencia que hacen que por ejemplo con una diferencia mayor a 15V entre la
entrada y la salida no se pueda sacar 1.5A a la salida y la temperatura del
dispositivo sería muy alta por lo que necesitaríamos un muy buen disipador, no
lo recomiendo.
Con 12V 1A este
dispositivo con un pequeño disipador metálico por las dudas va muy bien sin ni
siquiera calentarse.
Vamos a ver la configuración
como regulador variable segun la hoja de datos del fabricante:
como vemos en el diagrama es muy sencillo utilizar este
integrado para una fuente variable.
Hay que tener en cuenta la formula proporcionada por el fabricante para calcular el potenciometro, es una formula muy sencilla
donde podemos despreciar la cooriente Iadj ya que no introducira mucho error para nuestro uso, por lo que la formula quedaria de la siguiente manera:
la tensión entre Vo y Vadj es siempre 1,5v por lo que si el potenciometro esta en cero, la tensión mínima que puede tener a la salida es 1.25V, la tensión máxima viene dada por la formula anterior, por lo que si reemplazamos Vout=15V que seria un aproximado de la máxima tensión que podemos sacarle a nuestra fuente, dandole un valor a R1=180 ohms y despejando R2 podemos calcular que el potenciometro necesario es: R2=1.98Kohms. El valor mas cercano para este potenciometro seria el mas próximo superior ya que si utilizamos uno de menor valor no va a llegar a la máxima escala, por lo que utilizamos uno de 2,2k
Diagrama
Bueno ya que
tenemos el concepto de todo vamos a armar el diagrama de nuestra fuente que quedaría de la siguiente manera.
como vemos aparecen todos los bloques que fuimos viendo
salvo el transformador ya que deje las borneras para que se conecte directamente ahí. Ademas agregue una resistencia y un led que visualmente nos
puede indicar el valor de tensión.
Mas adelante veremos como incorporarle un LCD a nuestra
fuente para poder visualizar los valores de tensión en el.
Dejo el link con los archivos para realizar el PCB
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