FILTRADO DE FUENTES DE POTENCIA DE C.DEn primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico. El circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante se llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador. La regulación, o estabilización de la tensión a un valor establecido, se consigue con un componente denominado regulador de tensión, que en base a la salida del circuito ajusta el elemento regulador de tensión que en su gran mayoría este elemento es un transistor. Este transistor que dependiendo de la tipología de la fuente está siempre polarizado, actúa como resistencia regulable mientras el circuito de control juega con la región activa del transistor para simular mayor o menor resistencia y por consecuencia regulando el voltaje de salida. Este tipo de fuente es menos eficiente en la utilización de la potencia suministrada dado que parte de la energía se transforma en calor por efecto Joule en el elemento regulador (transistor), ya que se comporta como una resistencia variable.

Transformador

El transformador entrega en su secundario una señal con una amplitud menor a la señal de entrada

La señal que se entrega en el secundario del transformador deberá tener un valor acorde a la tensión (voltaje) final, de corriente continua, que se desea obtener.

Por ejemplo:

Si se desea obtener una fuente de poder con un voltaje final en corriente directa de 12 Voltios, el secundario del transformador deberá tener un voltaje en corriente alterna no menor a los 9 voltios, quedando este valor muy ajustado (recordar que el valor el secundario es:

Vp = 1.41 x Vrms = 1.41 x 9 = 12.69 Voltios).

Si se toman en cuenta las caídas de voltaje en las diferentes etapas (bloques) de la fuente de poder, posiblemente ya no se puedan obtener los 12 voltios esperados.

En este caso se escogería un transformador con un voltaje en el secundario de 12 voltios c.a.. Con este voltaje en c.a. se obtiene un voltaje pico: Vp = 1.41 x 12 = 16.92 voltios.

Rectificador

- El rectificador convierte la señal anterior en una onda de corriente continua pulsante, y en el caso del diagrama, se utiliza un rectificador de 1/2 onda (elimina la parte negativa de la onda).

Este componente electrónico (considerado como discreto) es el dispositivo semiconductor más sencillo que existe y lo podremos encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico. El diodo va a conducir cuando la tensión de su ánodo sea mayor que la de su cátodo. Va a permitir la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la va casi que anular en el sentido contrario. El sentido permitido va a ser de ánodo a cátodo y podemos ver como la flecha de su símbolo lo indica.

Filtro (los capacitores)

- El filtro, formado por uno o más condensadores (capacitores), alisa o aplana la onda anterior eliminando el componente de corriente alterna (c.a.) que entregó el rectificador.

Los capacitores se cargan al valor máximo de voltaje entregado por el rectificador y se descargan lentamente cuando la señal pulsante del desaparece.

Regulador de voltaje

- El regulador recibe la señal proveniente del filtro y entrega un voltaje constante sin importar las variaciones en la carga o del voltaje de alimentación.

En otras palabras:

- Los transformadores se utilizan para disminuir o elevar voltajes de corriente alterna. En nuestro caso para disminuir el voltaje.

EJEMPLO FILTRADO DE FUENTES DE POTENCIA DE C.D

FILTRADO DE FUENTES DE POTENCIA DE C.D

Este tipo de fuente fue el primero en utilizarse. Generalmente las podremos encontrar siguiendo el esquema de transformador, rectificador, filtro, regulación y salida. Podemos afirmar que todas las fuentes diseñadas basándose en este esquema son de un diseño relativamente sencillo comparado con otros tipos de fuentes, por ejemplo, las conmutadas.

En el diseño y construcción de fuentes lineales no siempre va a ser necesario por parte del fabricante, crear todas las etapas del esquema anteriormente mencionado. En ocasiones las vamos a poder ver de formas tan sencillas como lo muestra la siguiente imagen:

Funcionamiento de cada una de las etapas presentes en las fuentes vistas hasta ahora

El transformadorEl símbolo del transformador es el siguiente:

En los esquemas anteriores de fuentes lo podemos encontrar en la entrada de la misma con la función de reducir la tensión de red (se recuerda que puede tratarse de 110 ó 220 V) a la tensión necesitada por el equipo. Hay que aclarar que los transformadores solamente son capaces de trabajar con corrientes alternas, por lo que nos vamos a encontrar que tanto la tensión de entrada como la de salida serán siempre alternas.

El rectificadorEl rectificador es el encargado de convertir la tensión alterna que sale del secundario del transformador en tensión continua. Debido a esto va a estar ubicado a la salida del mismo y lo vamos a poder encontrar de tres formas o configuraciones básicas distintas, las cuales son:

Media onda.

Onda completa con derivación central.

Onda completa.

Cuando se le suministra tensión alterna a la entrada de un rectificador y no existe nada conectado a su salida de tensión continua, se dice que está trabajando en vacío. Cuando a dicha salida se le conecta algún equipo se dice que funciona en carga.

Para realizar la función de rectificación de la corriente se va a hacer uso del diodo semiconductor. El símbolo del diodo es el siguiente:

El filtroLa mayor parte de los equipos electrónicos necesitan una verdadera tensión continua, siendo la misma aquella donde la magnitud de Vmax sea constante en todo momento (similar a la que es producida por una batería). Para lograr esto se usa la etapa de filtrado.

La etapa de filtrado más sencilla y por ende, más común con la que nos vamos a encontrar en la mayoría de los casos es el condensador a la entrada.

Los condensadores (también conocidos por el nombre de capacitores) son componentes electrónicos cuya construcción es muy simple, ya que los mismos van a estar formados por dos placas metálicas de determinado tamaño separadas a una cierta distancia por un material aislante o dieléctrico (sustancia esta que es mala conductora de la electricidad y que presenta la propiedad de amortiguar la fuerza de un campo eléctricoque la atraviese, puede ser aire, mica, papel, aceite, cerámica, etc.).

El símbolo con que es representado en los planos electrónicos es el siguiente:

El reguladorEl circuito regulador se encarga de reducir el rizado de la onda así como de proveer una tensión de salida con la magnitud exacta que se desee. A continuación se presenta el esquema de una fuente regulada:

Esta es de construcción muy fácil a la vez que presenta buena eficiencia en su funcionamiento. Es recomendable tener cuidado con los cortocircuitos, ya que puede dañarse el transistor Q2.

FILTRADO DE FUENTES DE POTENCIA DE C.D

Transformador de entrada:

El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 220 o 120 V) a otra tensión más adecuada para ser tratada. Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas. Esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también.

Consta de dos arrollamientos sobre un mismo núcleo de hierro, ambos arrollamientos, primario y secundario, son completamente independientes y la energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través del núcleo. El esquema de un transformador simplificado es el siguiente:

Rectificador a diodos

El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales:

El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto le entra tensión alterna y tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro negativo:

La tensión Vi es alterna y senoidal, esto quiere decir que a veces es positiva y otras negativa.

El filtro:

La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.

El tipo más común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los casos perfectamente válido. Sin embargo en algunos casos puede no ser suficiente y tendremos que echar mano de algunos componentes adicionales.

Filtro con condensador a la entrada:

Este es el filtro más común y seguro que lo conocerás, basta con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta forma:

El regulador:

Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos. En esta sección nos centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que son los más sencillos y baratos que hay, en la mayoría de los casos son la mejor opción.

Este es el esquema de una fuente de alimentación regulada con uno de estos reguladores:

El diferenciador.

Se trata de un circuito constituido por una capacidad C y una resistencia R (circuito RC), el cual actúa como un filtro pasivo para altas frecuencias, debido a que no intervienen elementos amplificadores, como transistores o circuitos integrados, este tipo de filtro atenúa las bajas frecuencias según la formula empírica de la derecha:

Este circuito se utiliza para detectar flancos de subida y bajada en una señal, provocando una mayor diferenciación en los flancos de entrada y salida de la señal que, es donde la variación con el tiempo (t) se hace más notoria. Estas zonas de la señal son además las que corresponden a las altas frecuencias, mientras que las zonas planas están compuestas por frecuencias más bajas.

Este tipo de circuitos realmente son más conocidos como filtro RC pasivo pasa alto que, se utiliza para filtrar las frecuencias superiores al valor especificado. Desde otra perspectiva este circuito, separa la corriente continua entre circuitos ya que el condensador interrumpe el paso de la corriente continua, dejando pasar sólo el pulso correspondiente al flanco de entrada y el de salida. La señal derivada puede utilizarse para disparar algún otro componente de la cadena electrónica como puede ser un disparador (trigger).

Qué ocurre cuando se aplica un tren de impulsos a la entrada de este circuito. Cuando un pulso de tensión, se eleva de repente de cero al máximo, la corriente que carga el condensador C, de repente se eleva a un valor máximo también. En la medida que se carga C, la carga de corriente se cae exponencialmente a cero. Ya que esta corriente de carga pasa por la resistencia R, el voltaje a través de la R (que es el voltaje de salida) hace lo mismo.

Por consiguiente nosotros conseguimos la forma mostrada, con el voltaje de salida que sube de repente al máximo y a continuación caerse exponencialmente entonces a cero. Cuando el pulso se cae a cero, se produce la descarga del condensador C. La corriente de descarga es alta en la salida y entonces se cae exponencialmente a cero como la descarga del condensador C.

DiferenciadorUn diferenciador es un circuito que ejecuta una operación matemática de cálculo diferencial denominada derivación. Produce una tensión de salida proporcional a la variación instantánea de la tensión de entrada respecto del tiempo, sus aplicaciones son la detección de flancos de subida y bajada de un pulso rectangular o para producir una salida rectangular a partir de una rampa de entrada.

Si la tensión aplicada a la entrada cambia a un ritmo lento, es decir, con una pendiente pequeña, el circuito responde de la siguiente manera:

La reactancia del condensador en ohmios es alta.

La relación RF/XC es baja.

La ganancia del amplificador operacional es baja.

Si la tensión aplicada a la entrada cambia a un ritmo acelerado, es decir, con una pendiente grande, el circuito responde de la siguiente manera:

La reactancia del condensador en ohmios es baja.

La relación RF/XC es alta.

La ganancia del amplificador operacional es alta.

Diferenciador

El Circuito Derivador realiza la operación matemática de derivación, de modo que la salida de este circuito es proporcional a la derivada en el tiempo de la señal de entrada. En otras palabras, la salida es proporcional a la velocidad de variación de la señal de entrada.

La magnitud de su salida se determina por la velocidad a la que se aplica el voltaje a los cambios de la entrada. Cuanto más rápido se produzcan los cambios en la entrada, mayor será la tensión de salida.

COMPONENTES

El circuito derivador es exactamente lo opuesto al circuito integrador. Como con el circuito integrador, en el circuito derivador hay una resistencia y un condensador formando una red RC a través del amplificador operacional, pero en este caso, la reactancia, XC, está conectada a la entrada inversora del amplificador operacional, mientras que la resistencia, RF, forma el elemento de realimentación negativa. La reactancia del condensador juega un papel importante en el rendimiento de un circuito derivador.

Resumiendo, los componentes necesarios que hay que conectar a un amplificador operacional son los siguientes:

Un condensador conectado a la entrada inversora.

Una resistencia de realimentación conectada entre la salida y la entrada inversora.

IntegradorEl Circuito Integrador es un circuito con un amplificador operacional que realiza la operación matemática de integración. El circuito actúa como un elemento de almacenamiento que produce una salida de tensión que es proporcional a la integral en el tiempo de la tensión de entrada.

Si se aplica una señal de entrada que cambia constantemente a la entrada de un amplificador integrador, por ejemplo una onda cuadrada, el condensador se cargará y se descargará en respuesta a cambios en la señal de entrada. Así, se crea una señal de salida en forma de diente de sierra, cuya frecuencia depende de la constante de tiempo RC de la combinación de la resistencia y el condensador.

Este circuito, debido a que se produce una asimetría en los caminos de entrada-salida, presenta un problema con la saturación del amplificador operacional. La solución es limitar la ganancia del amplificador operacional mediante una resistencia, colocada en paralelo al condensador.

IntegradorUn integrador es un circuito que ejecuta una operación matemática llamada integración. La aplicación más difundida de un integrador es la destinada a producir una rampa en su tensión de salida, la cual supone un incremento o un decremento lineal detención. Se le denomina también integrador de Miller, en honor a su inventor.

Esta tensión viene dada por: Debido al efecto Miller podemos dividir el condensador de realimentación en dos capacitores equivalentes.

Para que funcione correctamente el integrador, debe ser mucho mayor que el ancho de pulso de la entrada, al menos10 veces más

Normalmente se usa un integrador para transformar pulsos rectangulares en señales rampa lineal. Debido al efecto Miller, solo se utiliza la parte inicial del proceso de carga exponencial. Como esta parte es casi lineal, las rampas de salida son perfectas. Los integradores se usan para generarlas tensiones de barrido de los osciloscopios

IntegradorUn circuito integrado es una combinación de elementos de un circuito que están miniaturizados y que forman parte de un mismo chip o soporte. La noción, por lo tanto, también se utiliza como sinónimo de chip o microchip.El circuito integrado está elaborado con un material semiconductor, sobre el cual se fabrican los circuitos electrónicos a través de la fotolitografía. Estos circuitos, que ocupan unos pocos milímetros, se encuentran protegidos por un encapsulado con conductores metálicos que permiten establecer la conexión entre dicha pastilla de material semiconductor y el circuito impreso.

Existen varios tipos de circuitos integrados. Entre los más avanzados y populares pueden mencionarse los microprocesadores, que se utilizan para controlar desde computadoras hasta teléfonos móviles y electrodomésticos.

Los circuitos integrados pueden clasificarse de diversas formas. Es posible hablar de los circuitos monolíticos (fabricados en un único mono cristal, por lo general silicio), los circuitos híbridos de capa fina (con componentes que exceden a la tecnología monolítica) y los circuitos híbridos de capa gruesa (sin cápsulas, con resistencias depositadas por serigrafía y cortes con láser).

Circuitos de retraso

Los temporizadores están presentes en casi todos los circuitos electrónicos. Aparte de los ejemplos mostrados tenemos uno muy usual en la industria: Un sistema temporizado secuencial de procesos. El circuito esta mostrado abajo y sirve para controlar un proceso (por ejemplo una inyectora de plásticos) y al terminar el proceso reiniciarse automáticamente.

Cuando necesitamos un temporizador, lo primero que debemos considerar es la precisión en el tiempo de retardo, es una base muy importante para determinar los elementos que vamos a utilizar en su concepción y diseño.

Como se ha mencionado anteriormente un temporizador básicamente consiste en un elemento que activa o desactiva una carga después de un tiempo preestablecido más o menos largo. De esta manera podemos determinar el parámetro relacionado con el tiempo que ha de transcurrir para que el circuito susceptible de programarse, se active o desactive o lo que es lo mismo, simplemente cierre o abra un contacto.

Circuitos de retraso El circuito electrónico que más se utiliza, tanto en la industria como en circuitería comercial, es el circuito de retardo de tiempos o temporizador, dentro de la categoría de temporizadores, cabe destacar el más económico y también menos preciso consistente en una resistencia y un condensador, como ya veremos, a partir de aquí se puede contar con un sinfín de opciones y posibilidades. En este manual se tratarán unos tipos sencillos para adquirir conocimiento de cómo conseguir un retardo en un sistema que no requiera gran precisión y terminaremos por analizar un temporizador de mayores prestaciones y sobre todo precisión.

Un temporizador básicamente consiste en un elemento que activa o desactiva una carga después de un tiempo preestablecido más o menos largo.

Circuitos de retrasoUn temporizador básicamente consiste en un elemento que activa o desactiva una carga después de un tiempo preestablecido más o menos largo. De esta manera podemos determinar el parámetro relacionado con el tiempo que ha de transcurrir para que el circuito susceptible de programarse, se active o desactive o lo que es lo mismo, simplemente cierre o abra un contacto.

Un sistema temporizado secuencial de procesos. El circuito esta mostrado abajo y sirve para controlar un proceso.

De esta manera podemos determinar el parámetro relacionado con el tiempo que ha de transcurrir para que el circuito susceptible de programarse, se active o desactive o lo que es lo mismo, simplemente cierre o abra un contacto.

Circuito relevadorEl relé o relevador, es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba "relevadores". De ahí "relé".

Un relé es un interruptor accionado por un electroimán. Un electroimán está formado por una barra de hierro, llamada núcleo, rodeada por una bobina de hilo de cobre . Al pasar una corriente eléctrica por la bobina el núcleo de hierro se magnetiza por efecto del campo magnético producido por la bobina, convirtiéndose en un imán tanto más potente cuanto mayor sea la intensidad de la corriente y el número de vueltas de la bobina. Al abrir de nuevo el interruptor y dejar de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo magnético y el núcleo deja de ser un imán.

Circuito relevadorEs un dispositivo que consta de dos circuitos diferentes: un circuito electromagnético (electroimán) y un circuito de contactos, al cual aplicaremos el circuito que queremos controlar. En la siguiente figura se puede ver su simbología así como su constitución (rele de armadura).

Su funcionamiento se basa en el fenómeno electromagnético. Cuando la corriente atraviesa la bobina, produce un campo magnético que magnetiza un núcleo de hierro dulce (ferrita). Este atrae al inducido que fuerza a los contactos a tocarse. Cuando la corriente se desconecta vuelven a separarse.Los símbolos que aparecen en las figuras poseen solo 1 y dos circuitos, pero existen relés con un mayor número de ellos.

Las aplicaciones de este tipo de componentes son múltiples: en electricidad, en automatismos eléctricos, control de motores industriales; en electrónica: sirven básicamente para manejar tensiones y corrientes superiores a los del circuito propiamente dicho, se utilizan como interfaces para PC, en interruptores crepusculares, en alarmas, en amplificadores.

Circuito relevadorUn relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

El electroimán hace bascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es N.A ó N.C (normalmente abierto o normalmente cerrado). Si se le aplica un voltaje a la bobina se genera un campo magnético, que provoca que los contactos hagan una conexión. Estos contactos pueden ser considerados como el interruptor, que permite que la corriente fluya entre los dos puntos que cerraron el circuito.

La gran ventaja de los relés electromagnéticos es la completa separación eléctrica entre la corriente de accionamiento, la que circula por la bobina del electroimán, y los circuitos controlados por los contactos, lo que hace que se puedan manejar altos voltajes o elevadas potencias con pequeñas tensiones de control. También ofrecen la posibilidad de control de un dispositivo a distancia mediante el uso de pequeñas señales de control. En el caso presentado podemos ver un grupo de relés en bases interfases que son controlado por módulos digitales programables que permiten crear funciones de temporización.

Unidad de flash fotográfico

Una unidad de flash electrónico constituye un ejemplo común de circuito RC. Esta aplicación aprovecha la propiedad del capacitor para oponerse a cambios abruptos de tensión.

En la figura se advierte un circuito simplificado. Éste consta en esencia de una fuente de alta tensión de cd, un resistor limitador de corriente grande R1 y un capacitor C en paralelo con la lámpara del flash de baja resistencia R2. Cuando el interruptor está en la posición 1, el capacitor se carga lentamente, debido a la elevada constante de tiempo (T1= R1C).

Unidad de flash Fotográfico

El flash electrónico, que se emplea en la fotografía como fuente luminosa para alumbrar brevemente los objetos con gran intensidad, tiene analogía con el destello de un rayo o un relámpago.

El flash electrónico ha de construirse de manera que pueda generar la alta tensión necesaria y producir el destello en el instante deseado. Los modelos más antiguos trabajaban con tensiones de algunos miles de voltios; en cambio actualmente la tensión de trabajo suele ser de 500 voltios

nada más. Sin embargo las fuentes portátiles de electricidad que se utilizan en la práctica (pilas secas o acumuladores); suministran corriente continua de sólo algunos voltios y por lo tanto la tensión de ésta se ha de transformar. Ahora bien, como por otra parte la transformación sólo es posible trabajando con corriente alterna, en el flash electrónico la corriente continua suministrada por la fuente de electricidad se ha de convertir pues primero en alterna mediante un vibrador que invierte mecánicamente su polaridad unas doscientas veces por segundo, o bien más modernamente con un circuito de transistores que producen un efecto semejante. Un transformador se encarga luego de transformar la corriente alterna a la alta tensión necesaria para el flash, y por último un rectificador la convierte de nuevo en continua.

Unidad de flash fotográficoEl flash es un dispositivo que se utiliza para aportar iluminación artificial a la escena. Gracias a él podemos realizar fotografías cuando la luz disponible es insuficiente como ocurre, por ejemplo, de noche o en interiores.

Todos los flashes están formados por dos componentes principales: el generador y la antorcha.

El generador es un conjunto de circuitos electrónicos cuya función es proporcionar alimentación eléctrica a la antorcha. Su principal pieza es el condensador, que acumula una gran cantidad de

energía eléctrica procedente de las baterías o de la fuente de alimentación. En el momento del disparo, el generador es capaz de descargar su energía en un tiempo muy breve.

Después de utilizar el flash es necesario cargar nuevamente el generador para que el flash esté listo para el siguiente disparo. El tiempo que tarda en cargarse el generador se conoce como tiempo de reciclado y su duración es diferente en cada flash. En el caso de flashes alimentados por baterías, el tiempo de reciclado dependerá además del nivel de carga de las baterías.

La mayoría de los flashes se pueden disparar aunque el generador no se encuentre completamente cargado. Esto puede causar errores en la exposición, ya que en este caso la intensidad de la luz es menor, y las imágenes pueden quedar subexpuestas.

La antorcha es un tubo lleno de gas xenón, con electrodos en cada extremo y una placa de metal en el centro. Cuando se dispara el flash, la corriente procedente del generador circula por el interior del tubo. De esta forma se excitan los átomos del gas xenón que se ioniza, produciéndose un destello rápido y brillante.

En los flashes portátiles, el generador y la antorcha se encuentran integrados en un único aparato. En el caso de flashes de estudio, existen también modelos en los que el generador y la antorcha están separados, pudiéndose utilizar un único generador para proporcionar energía a varios flashes.

Circuito de encendido de un automovil

Circuito de encendido de un automovil

Circuito de encendido de un automovil