teoría y construcción de fuentes de voltajes lineales

8/18/2019 Teoría y Construcción de Fuentes de Voltajes Lineales

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11/4/2014 Teoría y construcción de fuentes de voltajes lineales

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Teoría y construcción de fuentes de voltajes

linealesPOSTED BY : EMANUEL

Imagen ilustrativa

En este artículo, voy a exponer la teoría y cálculos de fuentes de alimentación DC con

reguladores lineales, por ser estos muy estables, de fácil utilización como de aplicación y que

en comparación a los diodos zener, estos no dependen de la carga para ser calculados, esto

con las siguientes condiciones:

1) Que la corriente que circula por el regulador lineal no sea mayor al estipulado en la hojas dedatos (datasheet) del fabricante

2) Que la temperatura de trabajo del regulador, no sobrepasen los estipulados en las hojas de

datos del fabricante.

Ahora para poder entender el diseño de una fuente DC, procedo a mostrar el

siguiente esquemático.

1 4 0 1 3 3

http://2.bp.blogspot.com/-QU79OyqxT7E/UNe9JUn6jSI/AAAAAAAAAUQ/Af4sdw0M9jA/s1600/portada.jpghttp://2.bp.blogspot.com/-QU79OyqxT7E/UNe9JUn6jSI/AAAAAAAAAUQ/Af4sdw0M9jA/s1600/portada.jpghttp://2.bp.blogspot.com/-QU79OyqxT7E/UNe9JUn6jSI/AAAAAAAAAUQ/Af4sdw0M9jA/s1600/portada.jpghttp://diystart.blogspot.com.ar/search/label/Formacionhttp://diystart.blogspot.com.ar/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.htmlhttp://2.bp.blogspot.com/-QU79OyqxT7E/UNe9JUn6jSI/AAAAAAAAAUQ/Af4sdw0M9jA/s1600/portada.jpghttp://diystart.blogspot.com.ar/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.htmlhttp://diystart.blogspot.com.ar/http://diystart.blogspot.com.ar/feeds/posts/defaulthttp://diystart.blogspot.com.ar/http://diystart.blogspot.com.ar/search/label/Softwarehttp://diystart.blogspot.com.ar/search/label/Reciclajehttp://diystart.blogspot.com.ar/search/label/Proyectoshttp://diystart.blogspot.com.ar/search/label/Ledshttp://diystart.blogspot.com.ar/search/label/Formacionhttp://www.blogger.com/


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http://diystart.blogspot.com.ar/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html 2

En donde:

Esto simboliza la corriente alterna 120 o 220 volt AC rms (toma corriente o enchufe), este

voltaje de trabajo depende de cada país.

Respecto a este componente no supone mucho problema en entenderlo, solo ahí que tener

precaución porque es alto voltaje.

Para entender el concepto de corriente alterna (AC) y el por qué del voltaje rms (root mean

square ( valor cuadrático medio ) véase e n wikipedia), observen la siguiente gráfica.

La AC, es aquella que alterna su polaridad a través del tiempo, dicho de otra forma, esta

corriente es positiva en un tiempo t1 y es negativa en un tiempo t2, igualmente el voltaje

tiene el mismo comportamiento (la línea senoidal roja).

La linea verde que aparece en la gráfica es el valor eficaz o RMS (rms) de la corriente alterna

(AC), este valor eficaz, es el que podemos observar en el multimetro cuando medimos el

voltaje de un toma corriente o de un transformador.

El valor pico de la señal senoidal se obtiene multiplicando el valor rms por la raíz cuadrada de

dos, ejemplo, el voltaje AC rms de mi país es de 120 v, entonces cual será su valor pico de la

onda senoidal.

120v x sqrt(2) = 170 volt pico

http://2.bp.blogspot.com/-RLogk0ugwHQ/UNfwYAcNTTI/AAAAAAAAAXY/-8jtUYmvrXM/s1600/alterna.jpghttp://es.wikipedia.org/wiki/Valor_eficazhttp://1.bp.blogspot.com/-xFRwuBR1khQ/UNfCA21JTnI/AAAAAAAAAU0/heHj2CCeuOs/s1600/enchufe.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-nTOTJgUEIhM/UNfB0z67wRI/AAAAAAAAAUs/2CNNLfXBjvI/s1600/fuente.jpg


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En forma mas simplificada.

sqrt(2) = 1.4142

120v x 1.4142 = 170 volt pico

Entonces la gráfica anteriormente expuesta concuerda con estos cálculos realizados.

NOTA: El valor pico del voltaje AC, es estrictamente necesaria calcularla para la parte de

rectificación.

Este esquema representa a un transformador eléctrico de núcleo de ferrita.

Un transformador eléctrico, cumple la función de tomar los 120 ó 220 volt AC rms del toma

corriente (enchufe) y aumentar o reducir el voltaje dependiendo de si el transformador es

elevador o es reductor de tensión respectivamente , la elevación y/o reducción de voltaje se

hace mediante inducción magnética en dos devanados totalmente aislados electricamente,

para entender esto muestro lo siguiente.

Por el devanado primario pasa una corriente "Ip" AC (alterna), esta corriente hace inducir un

flujo magnético a través del núcleo que después lo recibe el devanado

secundario convirtiéndolo de nuevo en corriente alterna "Ip", la diferencia está en que por el

primario entra un voltaje, y si el transformador es reductor (la bobina secundaria tiene menos

espiras que el devanado primario) reduce el voltaje respecto a la tensión de entrada, o sea,

por ejemplo un transformador reductor que reduce 120 volt AC rms a 12 volt AC rms, y si es

un transformador elevador (la bobina secundaria tiene mas espiras que el devanado

primario ) simplemente la tensión se elevará, por ejemplo un transformador que eleva 120

volt AC rms a 220 volt AC rms. Ahora hablando de eficiencia, el transformador teóricamente

100% eficiente, en algunos libros de electrónica y electricidad se dice que su eficiencia es del

90%, pero a mi criterio y varias experiencias con dichos dichos dispositivos eléctricos les doy

como un máximo de eficiencia del 65%, debido a que cuando el transformado lleva mucho

http://1.bp.blogspot.com/-C5mhI1saVcU/UNfSFvSvY8I/AAAAAAAAAVY/fvdlZrD5eJI/s1600/transformer.jpghttp://1.bp.blogspot.com/-k2MXe9gyBwU/UNfClwohBzI/AAAAAAAAAU8/8dgHZAp2H7M/s1600/transformador.jpg


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tiempo encendido, su temperatura aumenta considerablemente si no se disipa

adecuadamente, entonces su rendimiento decae casi exponencialmente.

Supongamos que vamos a trabajar en un ambiente casi ideal, entonces yo consideraría una

eficiencia del 75% a 80%, por consiguiente un ejemplo:

- Se tiene un transformador reductor que en el secundario tiene una tensión de 12 volts AC

rms a una corriente de 450 mA (miliamperios), entonces su potencia nominal seria 12volt x

0.450 Amp = 5.4 watts, como estamos considerando una eficiencia del 80% entonces por

medio de una regla de tres simple directa calculamos la nueva potencia a ese porcentaje.

5.4 = 100%

X = 80%

X= (5.4 x 80)/100

X= 4.32 w

Entonces obtuvimos que la eficiencia del transformador al 80% es de 4.32 watts, ahora por ley

de watt obtenemos la nueva corriente máxima del transformador.

P= V x I

Donde P= Potencia en watts ; V = Voltaje ; I = Corriente en Amperios

Despejando la corriente ("I"):

I= P / V

I= 4.32w / 12 volt

I= 0.36 amperios

I= 360 mA

Siendo esa la corriente máxima que nuestro t ransformador podrá suplir al circuito que este

conectado.

En otro articulo hablaremos del diseño y construcción de un transformador, por lo tanto

ahora nos limitaremos a los transformadores reductores de valores comerciales que añado

en la siguiente tabla.

Los transformadores tienen una derivación central o tap central de cero (0) voltios, como

siempre daré una explicación ilustrativa del caso.

Tenemos un transformador de 6-0-6 volt a 300 mA como el siguiente.

http://3.bp.blogspot.com/-fmb4N-7fAII/UNfhNJrkbqI/AAAAAAAAAV0/lciBT0ws7Hc/s1600/tabla.jpg


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Si medimos de la siguiente manera, con un multimetro en modo Voltaje AC

Si medimos de esta ot ra manera

Y por último, en esta forma, los voltajes en AC se suman

http://4.bp.blogspot.com/-oOYGtPErU2Q/UNfp9oQlJVI/AAAAAAAAAW0/sNxL1EqxLOo/s1600/trafo3.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-un0rSs8dvGk/UNfpYct7vII/AAAAAAAAAWc/D8D2aM2yJVM/s1600/trafo2.jpghttp://3.bp.blogspot.com/-ohLyrry4jBU/UNfoaVUhOMI/AAAAAAAAAWQ/ObIO22WrUmI/s1600/trafo.jpg


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Mas sin embargo, la corriente NO se suma, sigue siendo la misma 300 mA en este ejemplo,

esto se cumple en absolutamente todos los transformadores.

Puente rectificador, son 4 diodos

Para entender el funcionamiento de un puente rectificador, primero se debe conocer la base

sobre la cual esta construido, el diodo.

Para el calculo de diodos existen diversos métodos (pequeña señal, modelo exponencial,

ideal, potencial constante, etc), en este artículo nos limitaremos a usar el método de potencial

constante.

Un diodo es un elemento de naturaleza exponencial (no lineal), esto quiere decir que, de las

dos variables (voltaje y corriente) que intervienen en el diodo (En condiciones ideales 25°

Centigrados), una variable aumenta de forma exponencial respecto al aumento lineal de la

otra variable.

Para un mejor entendimiento les muestro la gráfica de Corriente vs Voltaje (I vs V), de un

diodo común en polarización directa

http://2.bp.blogspot.com/-4DkQPOwCqwI/UNitVTnNuEI/AAAAAAAAAX0/9wXeXSZD4SI/s1600/puente.jpghttp://3.bp.blogspot.com/-rF2jHyYvSwc/UNfqgwhKJ3I/AAAAAAAAAW8/xfg_vOLKj3A/s1600/trafo4.jpg


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Se puede observar que un pequeño aumento de 0.1 voltios, hace que por el led circule casi

dos veces la corriente que conduce cuando t iene 0.7 volts.

Esta gráfica se obtiene con base a corriente DC, mas sin embargo sirve para dar a entender

que el diodo se puede entender como una fuente de voltaje de 0.7 volt a corrientes medias y

altas (Estas corrientes medias y altas dependen del fabricante).

SÍMBOLO DEL DIODO

POLARIZACIÓN DEL DIODO

El diodo es unidireccional, esto es, que si el diodo se polariza en Directa, se permite el paso de

corriente a través de él, como si fuera un interruptor cerrado, si se polariza en inversa,

http://4.bp.blogspot.com/-beyn_cXuwmQ/UDRsFWkl-YI/AAAAAAAAAPE/jd1ooTtqUsc/s1600/polarizaci%25C3%25B3n.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-kqHKPjj0PlU/UDRp07ZNMnI/AAAAAAAAAO8/ndkurJNX7lM/s1600/diodo.jpghttp://1.bp.blogspot.com/-9M48UHWk8Fc/UDRcbByJM9I/AAAAAAAAAOk/jUc7vMb7Rco/s1600/gr%25C3%25A1ficadiodo.jpg


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entonces la corriente que pasa por el diodo es tan pequeña (del orden de los nanoAmperios

en diodos de silicio, y de los microAmperios en los diodos de germanio), que por ser tan

pequeña, el diodo se podría considerar como un interruptor abierto.

ANALOGÍA

Para poder entender el diodo a groso modo, observe el siguiente esquema.

En este circuito tenemos una batería de 9 voltios DC, que alimenta a un diodo y resistencia de

carga de 120 ohmios, la flecha roja señala un voltimetro que esta midiendo la tensión que

tiene el diodo, se puede apreciar que es de aproximadamente 0.7 volts, el voltimetro

señalado con la flecha negra, esta midiendo el voltaje que cae en la resistencia de 120 ohm, se

puede apreciar que es de aproximadamente 8.3 volt, esto quiere decir que el

diodo actúa como una fuente de voltaje que se le resta a la tensión de la fuente DC o

AC según sea el caso.

EL DIODO COMO RECTIFICADOR

El diodo posee la propiedad de "convertir" una corriente alterna (AC) a una corriente continua

pulsante (DC), dicha propiedad es usada para el diseño y construcción de fuentes de

alimentación DC, de las que encontramos en nuestras PC´s, cargador de teléfonos,

televisores, etc.

Para ilustrar el diodo como rectificador, atención a las siguientes imagenes

RECTIFICACIÓN MEDIA ONDA

http://2.bp.blogspot.com/-P8eHXGbwKc4/UNizt_W0bRI/AAAAAAAAAYQ/gbZxQJaBiJ0/s1600/ejemplo1.jpghttp://3.bp.blogspot.com/-s3lwGRIGmE0/UNi4B78H5FI/AAAAAAAAAYs/stjHrw2zOjA/s1600/analogia.jpg


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Una fuente de tensión AC de 6 volt rms (o sea, 6v x 1.4142 = 8.5 voltios pico), alimenta una

resistencia de carga por medio de un diodo. Cuando el voltaje AC pasa por el diodo, el diodoSOLO deja pasar la polaridad positiva de la tensión AC (porque es polarización directa), a este

voltaje rectificado pico (8.5 volt pico), se le resta la caída tensión del diodo (0.7 volt), o sea, en

ultimas, el voltaje rectificado resultante seria.

8.5v - 0.7v = 7.8 voltios pico

Y de solo una polaridad (positiva), este nuevo voltaje resultante, es llamada tensión continua

pulsante positiva. Ahora ilustraré el segundo caso de esta polarización, continua pulsante

negativa.

Como ya sabemos que el voltaje pico es de 8.5 volt, entonces el voltaje pico inverso es de -8.5

volt, entonces cuando la tensión AC, pasa por el diodo (polarizado en inverso), este lo rectifica

y SOLO deja pasar el voltaje con polaridad negativa, y después el voltaje rectificado negativo

sera, los -8.5 volt menos los 0.7 volts de la caída de tensión.

http://1.bp.blogspot.com/-D-uXw6PPTAA/UNjJm2eY6VI/AAAAAAAAAZk/GgM7b10YEI8/s1600/rectificacionmediaonda2.jpghttp://3.bp.blogspot.com/-HgUWE8g81zQ/UNjFqMlNJCI/AAAAAAAAAZI/KiDiZG2XTEI/s1600/rectificaci%C3%B3nmediaonda.jpg


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-8.5v - (-0.7v) = -7.8v

Este tipo de rectificación es la mas simple, y tiene la ventaja de solo usar un solo diodo, la

desventaja radica en que a bajas frecuencias (60Hz/50Hz fluido eléctrico de las casas)

se necesitaría de muchos condensadores de mucha capacitancia para que tenga un buen

filtrado la fuente DC y evitar asi perdidas de tensión, en caso contrario, para frecuencias del

orden de los kilohertz en adelante, esta rectificación resulta ser la mas adecuada, ya que no se

necesitan de capacitores muy grandes para tener una buena filtración, ademas que la perdida

de voltaje solo sera de 0.7 volt, muy mínima.

RECTIFICACIÓN ONDA COMPLETA CON TRANSFORMADOR DE TAP CENTRAL O DERIVACIÓN

CENTRAL

Para este tipo de rectificación es estrictamente necesario el uso de un

transformador eléctrico que tenga un tap central (0 volt), para ejemplificar, voy a utilizar un

transformador con devanado secundario de 6-0-6 a una corriente de 450 mA (0.45 Amperios),

a un 80% de eficiencia (cálculos que realizamos anteriormente).

Como se puede percibir, se utilizó todos los cables del devanado secundario del

transformador, ahora comencemos el análisis de este circuito en AC.

En el tiempo t1, en un extremo de 6 volt AC rms tiene polaridad positiva, mientras en el otro

http://4.bp.blogspot.com/-85qg49OzE14/UNjeFE6fKgI/AAAAAAAAAac/zfc_T0AAn68/s1600/rectificaci%C3%B3nondacompleta1a.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-z9NrNEyBAyU/UNjURtH7MbI/AAAAAAAAAaA/twIk6NMp-_k/s1600/rectificaci%C3%B3ncompleta1.jpg


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extremo de 6 volt AC rms, tiene polaridad negativa, por ende el extremo por donde es

positivo el diodo comienza conducir. En el tiempo t2, el extremo que en el tiempo t1 era de

polaridad positiva pasa a ser de polaridad negativa, y el otro extremo que antes era negativo

pasa a polaridad positiva, por ende este extremo con polaridad positiva, hace que ese diodo

conduzca, haciendo que la gráfica (V vs t) aparezca una tensión continua pulsante de onda

completa.

El voltaje rectificado será, el voltaje pico de la tensión AC menos la caída de tensión del diodo

0.7 volt

8.5v - 0.7v = 7.8 voltios pico continuos pulsantes positivos

Para obtener un voltaje rectificado continuo pulsante negativo, simplemente se invierten los

diodos, como se realizó en la rectificación de media onda, y se hace la misma operación

-8.5v - (-0.7v) = -7.8 voltios pico cont inuos pulsantes negativos

Este tipo de rectificación posee la ventaja que necesita solo dos diosdos, su perdida de voltaje

es de solo 0.7 volts, es de rectificación de onda completa, por ende para frecuencias bajas

como el de la red electrica domiciliaria, NO requerirá de muchos condensadores de alta

capacitancia para un buen filtrado, la desventaja de esta rectificación radica en que se debe

disponer del transformador con tap central (derivación central)

RECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA TIPO PUENTE (4 DIODOS O PUENTE RECTIFICADOR

COMERCIAL)

En este tipo de rectificación solo es necesario de disponer de 4 diodos o de un puente

rectificador comercial.

A mi criterio, supongo que con la imagen basta para entender este el funcionamiento de este

tipo de rectificador.

El voltaje pico rectificado es igual, al voltaje pico de la tensión AC, menos dos veces la tensión

de los diodos

8.5 v - 1.4 v = 7.1 voltios picos continuos pulsantes positivos

http://2.bp.blogspot.com/-hneObxU1Q0s/UNj24urAW7I/AAAAAAAAAbc/_sWu9ATM7tw/s1600/rectificacionpuente.jpghttp://2.bp.blogspot.com/-FAK7N9HP3Zc/UNjjXgGAxhI/AAAAAAAAAbA/pAVQ0TQaeU8/s1600/analisistrafo.jpg


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Para obtener un voltaje continuo pulsante negativo, simplemente se toma los extremos

contrarios de las salidas de los diodos

-8.5 v - (-1.4 v) = -7.1 voltios picos continuos pulsantes positivos

Para un voltaje positivo

Para un voltaje negativo

El 0v es el punto de referencia o GND

Ahora esta ultima configuración para la rectificación de tensión AC, es la mas usada, debido a

que no requiere de un transformador con derivación central y es de onda completa, el contra

que posee es la perdida de voltaje final, que son los 1.4 volts, que para tensiones muy

pequeñas es muy significativo.

Ahora con el capacitor electrolítico, que es el encargado de filtrar el voltaje constante

pulsante, para que este pase a ser voltaje DC, la propiedad de los capacitores de almacenar

energía en forma de voltaje hace que sean indispensables para el diseño de fuentes de

alimentación.

FILTRADO

Lo anterior, es la representación gráfica del filtrado a una señal de tensión continua pulsante,

http://4.bp.blogspot.com/-MKVu9beYG2w/UNj-Yw84nqI/AAAAAAAAAc4/y1nVC_GuGeE/s1600/filtrado.jpghttp://3.bp.blogspot.com/-mO3mbxEmMPs/UNj8KyMD92I/AAAAAAAAAcc/eJjtjB9gxCA/s1600/capacitor.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-juMvYeKILyk/UNj6Tbd_DDI/AAAAAAAAAcA/Wq3CAD0-2as/s1600/negativo.jpghttp://3.bp.blogspot.com/--BtdBjkmwYY/UNj6LH0EePI/AAAAAAAAAb4/MGnn9hvGsxI/s1600/positivo.jpg


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se puede observar que en la segunda gráfica, la línea roja representa el momento en que el

capacitor se carga, y el voltaje resultante es el de la linea roja (V DC), este voltaje ya se

considera DC.

Pero existe un efecto que hace que la tensión del capacitor disminuya, este efecto es

ocasionado cuando se le agrega una carga (Resistor, circuito, etc.) al capacitor. Esta perdida

caída de voltaje se llama voltaje ripple o de rizado.

Vr= Voltaje ripple o de rizado

Ahora supongamos que tenemos una fuente DC de 7.8 voltios, a esta fuente le conectamos

un carga cualquiera, esta carga hace que el voltaje disminuya hasta un mínimo de 7.5 voltios,

entonces el voltare Vr (ripple) será:

7.8v - 7.5v = 0.3 voltios = 300 mV

Entonces el voltaje que va a mostrar el multimetro en el display o aguja será el siguiente.

7.8v - (Vr / 2) = 7.8v - (0.3v / 2) = 7.65v

Cuando se requiera filtrar voltajes se pretende que el Vr sea 0v, pero esto es física y

matemáticamente imposible, por ende para fuentes de tensiones altas y de elevadas

corrientes, el voltaje Vr se considera aceptable un rizado de 1v a 1.5v como máximo, para que

en la regulación este rizo quede disminuido a solo cuestión de milivoltios.

La formula para calcular un capacitor para filtros es.

Para media onda

Y para Onda completa

En donde

C= Condensador en faradios

Ic= Corriente de consumo del circuito en Amperios

http://4.bp.blogspot.com/-ZXvzivPD_3s/UNkISAyWbtI/AAAAAAAAAd4/fR0Pvy4xazk/s1600/formula2.jpghttp://3.bp.blogspot.com/-voZXdNZZ8Ow/UNkH9072FqI/AAAAAAAAAdw/9GDzijiDI8M/s1600/formula1.jpghttp://2.bp.blogspot.com/-Tc98_QYznDE/UNkCjBB0bjI/AAAAAAAAAdU/1VbUPdV1tTQ/s1600/ripple.jpg


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F= Frecuencia en hertz (50 o 60 Hz dependiendo del país)

Vr= Voltaje ripple o rizado

El resultado del Condensador dará resultados como

0.000001 = 1 uF (microfaradio)

Entonces recomiendo que cuando calculen el capacitor, el resultado final lo multipliquen por

un millón, entonces el resultado obtenido, es en microfaradios.

NOTA: El capacitor a elegir debe ser de un voltaje superior que al que se va a filtrar, esto si se

quiere filtrar un voltaje de 20 voltios pico, se necesitaría un capacitor que soporte mas que

ese voltaje, se podría usar un capacitor de 25 voltios.

NOTA 2: Nos debemos atener a los valores comerciales de capacitancia de los condensadores.

Cuando no encontremos capacitores de gran capacitancia en el mercado, se puede hacer un

arreglo en paralelo, este arreglo hace que las capacitancias de los condensadores se sumen

Estos dos capacitores en paralelo se suman, en este caso la capacitancia final será de 200uF

(microfaradios)

En el mercado electrónico existen los famosos reguladores lineales de referencia 78XX , estos

reguladores solo necesitan de un voltaje de alimentación rectificado y filtrado, para que estos

en su salida proporcionen voltaje fijos estabilizados, por ejemplo un regulador de referencia

7805, nos proporcionara 5 voltios DCa una corriente máxima estipulada en su hoja de datos.

Dejo a disposición una tabla de los reguladores 78XX:

http://4.bp.blogspot.com/-2-05ExOzB-M/UNkNnWhXapI/AAAAAAAAAe4/MmOYm5gNEUU/s1600/regulador.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-yeyrxq9Lrao/UNkMMXee0jI/AAAAAAAAAeY/dVhfVls7AeA/s1600/capacitancia.jpg


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El siguiente es el enlace a un pdf al datasheep. Fairchild Semiconductor

LM78XX.pdf

En donde GND, para nosotros es REF.

Vo es el voltaje de salida regulado del integrado (OUT).

Vi es el voltaje de entrada del regulador (IN).

Para calcular la potencia que disipa el regulador lineal, simplemente utilizamos la siguiente

formula

(Vin - Vout) x Ic

Donde:

Vin= Voltaje de entrada (IN) del regulador

Vout= Voltaje de salida (OUT) del regulador

Ic= Corriente que pasa por el regulador (Corriente que consume el circuito que se alimenta)

en Amperios.

Ejemplo:

Se tiene un circuito que es alimentado con 9 voltios DC (referencia 7809) que consume 150

mA (0.15 Amperios), el voltaje con el cual es alimentado el regulador es de 13 volt DC. Calcular

la potencia que disipa dicho regulador.

Solución:

Sabemos que:Vout = 9 volt.

Vin = 13 volt

Ic = 0.15 Amp.

Entonces por la formula anteriormente expuesta, procedemos a calcular la potencia que

disipa el regulador

(13v - 9v) x 0.15 = 4v x 0.15 = 0.6 watts

Teóricamente es 0.6 watts que disipa el regulador, mas sin embargo lo redondeamos a 1 watt

http://www.fairchildsemi.com/ds/LM/LM7805.pdfhttp://1.bp.blogspot.com/-oq0lGrWFVEE/UNqT0DCKffI/AAAAAAAAAfY/Qdc1gZhAh8E/s1600/tabla78xx.jpg


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por seguridad.

NOTA: Los reguladores siempre deben ir puestos en un disipador de calor, con su respectivo

aislante (mica), y grasa siliconada para una mejor transferencia de calor, para el calculo de los

disipadores de calor y del aislante se expondrá en un próximo artículo.

RESUMEN GENERAL EN DIAGRAMA

1. Se obtiene el voltaje alterno (AC) del toma corriente (enchufe), que es un voltaje muy

grande.

2. El transformador eléctrico reduce esa tensión (AC), a un voltaje mas pequeño.

3. La parte de rectificación convierte el voltaje AC a voltaje constante pulsante, (tiene una

perdida de 0.7v o de 1.4v, depende de que tipo de rectificación se utilice).

4. Los capacitores de filtro, hacen que el voltaje pulsante se parezca mas a la corriente DC

(tiene un voltaje rizo de perdida).

5. El regulador finalmente "corta" ese rizo, y deja fijo un voltaje teóricamente sin ripple,

aunque físicamente ese voltaje de rizado es demasiado pequeño y se puede despreciar.

Para entender el proceso de diseño de una fuente de tensión DC regulada estabilizada, veáse

el siguiente ejemplo:

Se requiere usar un regulador 78XX, para obtener 5 voltios para alimentar un circuito digital

que consume 200 mA (0.2 Amp), se tiene a disposición un transformador eléctrico reductor de

6 volt AC rms con tap central a una corriente máxima nominal de 450 mA (0.45 Amp),

consideremos una eficiencia del 75%, poseemos todo el banco de los reguladores lineales78XX, suponer capacitores ideales.

a) Calcular la corriente máxima nominal que entregará el transformador al 75%.

b) Calcular el capacitor suponiendo un voltaje rizo de 0.5 volt.

c) Calcular la potencia que disipa el regulador.

Solución:

Sabemos que para obtener 5 volt DC, debemos utilizar el 7805, mirando la tabla se percibe

que para que este regulador funcione se necesita 7 volt en su entrada, aunque en realidad

puede funcionar con un poco menos (6.7 volt como mínimo absoluto), disponemos de un

transformador de 6 volt AC rms con tap central, esto quiere decir que es un transformador de

6-0-6, por ende podemos usar la segunda rectificación expuesta en este articulo (donde se

usa dos diodos), en donde en esta rectificación solo se pierde 0.7 volt.

Calculemos el voltaje pico del transformador:

6v x 1.4142 = 8.5 voltios pico

Ahora restemos le la caída de tensión del diodo.

8.5v - 0.7v = 7.8 voltios continuos pulsantes

http://1.bp.blogspot.com/-CrbSjnX-nlA/UNqe57to2bI/AAAAAAAAAf4/2d9zUwjtGZA/s1600/diagrama.jpg


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Solución a)

La potencia del transformador es:

6v x 0.45 = 2.7 watts

Entonces

2.7w = 100%

X = 75%

X = (2.7w x 75) / 100

X= 2.025w

I = 2.025w / 6v

I = 0.3375 Amp = 337.5 mA

Siendo esa la corriente máxima nominal que puede entregar el transformador, esta corriente

es mas que suficiente para la corriente que se necesita (200 mA).

Solución b)

Utilizando la formula para calcular el capacitor expuesta en este artículo, obtenemos que:

C= (0.2 Amp) / (2 x 60hz x 0.5v) (*utilice 60 Hz que es la frecuencia que hay en mi país)

C= 3333.33 ... uF (microfaradios)

Teóricamente esta capacitancia debe ser la mínima para que el voltaje de filtrado tenga el

ripple pedido en este ejercicio, mas sin embargo si se dispone con condensadores de mascapacitancia seria mucho mejor. El capacitor debe soportar mas de 8.5 volt. por margen de

seguridad, se puede usar uno de 10 volt o mas.

Ahora el voltaje que el multimetro mediría en voltaje DC en esta etapa de la fuente seria:

7.8v - (0.5v / 2) = 7.8v - 0.25v = 7.55 volt DC (lo que mostraría la pantalla del multimetro).

Solución c)

Tenemos que el voltaje de entrada al regulador es de:

Vin= 7.8 volt

El de salida:

Vout= 5 volt

Y la corriente de consumo:

Ic= 200 mA (0.2 Amp)

Procedemos a calcular la potencia disipada por el regulador:


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P = (7.8v - 5v) x 0.2 = 2.8v x 0.2 = 0.56 watts = 560 mw (miliwatts)

Circuito final esquema):

CONSIDERACIONES TÉCNICAS

1. Los fabricantes consideran necesario adicionar un capacitor de tantalio del orden de los

0.1uF a 1uF en la salida Vout del regulador.

Capacitor de Tantalio. *El pin mas largo es el positivo

Esto con el fin de darle mayor estabilidad a dicha tensión de salida, quedando el circuito del

ejercicio anterior de la siguiente manera:

2. El regulador de voltaje, siempre debe de ir acompañado con un disipador de calor con su

respectivo aislador y grasa siliconada disipadora. (En un próximo articulo hablo del calculo de

los disipadores de calor)

CONSTRUCCIÓN DE LA FUENTE

MATERIALES

http://1.bp.blogspot.com/-0UM_7rAYVtI/UNtEeEuKOsI/AAAAAAAAAhY/O3chdklEER8/s1600/materiales.jpghttp://2.bp.blogspot.com/-5Nix_7Nea5I/UNqvFJ0suSI/AAAAAAAAAg4/AuPM06AP4w4/s1600/fuenteejercicio.jpghttp://www.carrodelectronica.com/store/images/uploads/Capacitores/Tantalio/tantalio.jpghttp://1.bp.blogspot.com/-FSSSxpANBNc/UNqsWfqHWmI/AAAAAAAAAgY/4k27mKhFJ-I/s1600/fuenteejercicio.jpg


19/26



- Transformador eléctrico 6-0-6 volt AC rms a 300 mA.

- Puente rectificador

- Regulador de voltaje 7812.

- Capacitores electrolíticos.

- Carga (Tira de led 12 volt DC a 20 mA (0.02 Amperios)).

Condiciones:

Se requiere que el voltaje Vin del regulador tenga un voltaje de rizado del orden de 75 mV

(milivoltios) = 0.075 Volt.

Solución.

Dispongo del transformado de devanado secundario de 6-0-6, el regulador 7812 requiere de

un voltaje Vin mínimo de 14.5 volt, por consiguiente procedo a sumar los dos extremos del

transformador 6v + 6v = 12 volt AC rms.

Después calculo su voltaje pico:

12v x 1.4142 = 17 voltios pico

Ahora calculamos el voltaje rectificado

17v - 1.4v = 15.6 voltios continuos pulsantes, que son mas que suficientes para que el

regulador funcione (*Utilice el rectificador tipo puente por ser el mas conveniente en este

caso, ya que el rectificador de media onda requerirá de un condensador con capacitancia mas

grande, y ademas de que NO dispongo de un transformador de tap central 12-0-12 para

hacer la rectificación de onda completa con dos diodos)

Procedemos a calcular el capacitor con las condiciones que yo considere (Vr= 0.075 volt)

C= (0.02) / 2 x 60 x 0.074

C= 2200 uF

Sabemos que la carga es de 20 mA, y el transformador es de 300 mA, que es mas que

suficiente.

Procedo a calcular la potencia que disipa el regulador

P= (15.6v - 12v) x 0.02

P= 0.072 watts = 72 miliwatts (*Una potencia considerablemente pequeña, por lo que

considero no es necesario la adición de un disipador de calor).

MONTAJE


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»

PROBANDO SU FUNCIONAMIENTO

MIDIENDO EL VOLTAJE DE SALIDA

Se pudo corroborar mediante la medición con el multimetro que la salida es efectivamente 12

v DC

Espero haberme dado a entender, ante cualquier pregunta no duden en comentar. saludos

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13 de enero de 2013, 8:58nónimo

Muy buen tutorial, como siempre eres grande entre los grandes. Viendo a fondoel tutorial no logro entender muy bien si la CORRIENTE final la optengo por mediode la capacidad del REGULADOR o la CORRIENTE me la entrega desde un principioel TRANSFORMADOR. Ojala pronto puedas hacer tambien un tutorial de lasFuentes Transistorizadas.

Sale pues amigo Emanuel que tengas un buen dia.Responder

19 de enero de 2013, 13:18manuel

A mejor filtrado, el voltaje final obtenido será mas estable, si el voltajerizo llegase a ser demasiado bajo, puede que el regulador lineal devoltaje no funcione como debe ser, saludos

25 de septiembre de 2013, 9:27manuel

La corriente la entrega el toma corriente, esta corriente circulo a través

del transformador, pasando por el regulador y finalmente la consumela carga

3 de abril de 2013, 3:51oseph Moreno

Exacto Emanuel el filtrado es determinante para los niveles de tensión fijos. Sinembargo es evidente que no se ha creado energía, la energía se ha obtenido de laforma de onda alterna rectificada. Parte de esta energía es para almacenarse enforma de carga la capacitancia de filtro, mientras que otra es para alimentar a lacarga directamente.De este modo la corriente máxima que la carga puede demandar está

determinada por el manejo de corriente del regulador (porque ésta circulará através de éste) y por el manejo de corriente del transformador ya que todo estofue entregado por el transformador. Lo que el diseñador del circuito hace eslimitar la capacitancia de filtro a la corriente máxima de tal modo que si la cargaexigiese más corriente el capacitor no sería capaz de sostenerse en un niveldecente para que el regulador de tensión opere de forma correcta.Llegué aquí por google images y aprovecho para contarle que como soy ya sabequé tuve que diseñar ya sabe qué y por tanto, ‘inventé’ por así decirlo una formapara ver los reguladores de tensión fijos y ajustables. Si quiere se los paso y coneso complementa la publicación, además de lo interesante que surge en lapotencia de disipación del regulador cuando varía la tensión de salida desde unmáximo a un mínimo nivel.

Responder

21 de mayo de 2013, 4:13nónimo

Hola yo quisiera tener una salida de 5.60 voltios ¿como logro esto?

Responder

21 de mayo de 2013, 4:19nónimo

Es para una tiquera que utiliza pilas recargables de 1,2 voltios y quiero dejar deusarlas estas dan una salida juntas de 5.60 voltios. colocando un alimentadordirecto de la salida de una batería de 12 voltios

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21 de mayo de 2013, 14:48manuel

Deberas usar un reguladorde tensión ajustable el famoso LM317T

25 de mayo de 2013, 1:01aime Gustavo Villan Flores

Disculpa compañero, pero yo estoy haciendo una fuente pero para manejartensiones de salida en DC de 50, 100, 200, 300, 400, ..hasta 1000 V, me puedes daralguna idea de como obtener un rizado muy bajo, o alguna idea para reemplazarel regulador, ya que estos solo sirven para tensiones bajas, cualquier ayuda loagradeceré infinitamente.

Responder

25 de mayo de 2013, 11:29manuel

Viendo tus requerimientos ya necesitarías, elevadores de tensión DC-DC, o de usar transformadores elevadores de tensión, y usar zenercomo regulador de voltaje, lo que pides ya es electrónica de potencia,

para bajar el rizo, ya necesitarías condensadores de muchacapacitancia

25 de julio de 2013, 11:23nónimo

Hola Emanuel! muy interesante. Tengo una radio pilas y tomacorriente. Un díadejó de funcionar el toma y solo pude seguir usandola con 4 baterías tamaño C.Revisé todo y está bien, por lo que supuse que el transformador estaría malo.Tambien imaginé que era de 220v alterna (argentian) a 6v cont inua porque erancuatro las pilas. claro. Compré un transformador 220 a 6+6v de 1000w que es elúnico que encontré. Antes de colocarlo quise probarlo con un tester y lo conecté

a 220 v y coloqué el tester del otro lado los 6v Resulta 1) que tiene tres cables (dosde un mismo color y otro distinto)y me dicen que los dos del mismo color tienen6v, con lo que supuse que el tester debe ser colocado en uno de cada color. Sinembargo el tester da "0". Que pasará? Como se que no está malo el que compré(que es nuevo)? Gracias por la ayuda que reciba!

Responder

25 de julio de 2013, 13:36manuel

lo que creo que hiciste fue, que estas midiendo AC con el multimetroen medición DC, osea, estas midiendo una magnitud equivocada, eltransformador es de 6-0-6 volt osea que entre ambos extremos 6-6 en

AC el multimetro mediría 12 volt AC RMS, y entre el tap central (elcablecito de color diferente) con un extremo el multimetro mediría 6volt AC RMS, esto que no esta en continua, o no se si me equivocopensando que lo hiciste de esa manera, si lo que vas hacer esreemplazar el transformador dañado del radio, estos transformadoresa veces son propios, osea que son transformadores que en sudevanado secundario bota voltajes NO comerciales, te recomiendoque revises ese transformador (el dañado) y mire si allí dice que voltajetransforma, (creo que sera de 7.5 volt AC RMS), saludos

ABOZZOLO

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26 de julio de 2013, 6:23Gracias por tu respuesta Emanuel! Probé eltransformador nuevo con el tester en corriente continua en 20v, como lo uso conotros transformadores de los que vienen con ficha y carcaza o para ver carga depilas. Y no me midió nada. Viendo tu explicación y dibujos, pensé en medircontinuidad entre los dos cables rojos (220v AC)porque no la he comprobadoaún; si lo hice entre los dos azules y entre un azul y el negro y me zumbó el testercomo que hay continuidad. Estoy en lo cierto que debería haber continuidad no?Por último, en cuantod al transformador de la radio, veré lo del voltaje. Recuerdohaber visto que ese tenía un fusible término (thermal fuse)que averigué y esinterno, pegado al bobinado, con lo que no se ve y supuse que tambien puedeser eso lo que se dañó pero tambien supuse que eso no se puede arreglar. A vos

que te parece? Gracias, AlbertoResponder


Respecto a un fusible térmico en un transformador, es la primera vezque escucho eso (simplemente no sabia que existían transformadoresasí), la medición de un transformador común se hace en AC, si lo quedices que mediste fue un cargador (universal para distintos aparatos),y lo mediste en DC hiciste bien, si no te da ninguna lectura ya se sabeque estará dañado.

27 de julio de 2013, 5:55BOZZOLO

Hola de nuevo! Perdón por insistir pero volví a leer tu respuesta y tu artículo y measaltó una duda: cuando medis la salida 6-0-6 estás midiendo CORRIENTECONTINUA? Pongo entonces el tester en el tramo de CONTINUAS? Me pareceque vos me decís que debí haber colocado el tester en CORRIENTE ALTERNA yeso no entendí. Si mido pilas (o baterías) estoy midiendo CONTINUAS y lo hagoen el otro tramo; porque poner entonces el tramo de ALTERNA para la salida deltrafo? Gracias y perdón por saber tan poco; así tambien se aprende. SaludosAlberto

Responder


Para medir los transformadores es en alterna, saludos

28 de julio de 2013, 17:42arla Paz

Alguien podria ayudarmedebo hacer una tarea la cual consiste en buscar los tipos de fuenes de voltaje en

cd y buscar sus componentes de cada una.ya busque pero no me que da muy claro.por cierto esa sera mi proxima practica hacer contruir una fuente.

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Si quieres solventar dudas, por favor lee el articulo

http://www.blogger.com/profile/07958097360611283938http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1375153622393#c6505208358711850640http://www.blogger.com/profile/01116252662549267991http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1375058522400#c883590268125113366http://www.blogger.com/profile/07958097360611283938http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1374963905998#c7323236137778469648http://www.blogger.com/profile/09765905369219676683http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1374929718633#c3068765098250660165http://www.blogger.com/profile/07958097360611283938http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1380127769813#c5319340613660491770http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1374845006859#c6192936380916151748


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31 de julio de 2013, 18:47duardo

Hola buenas tardes, vi tu tutorial, es muy buena la explicacion, te felicito...Pregunta: tengo que diseñar una similar pero de +20 0 -20 Volt de CC salidavariable con onda rectificada hasta 5 Amp. de carga inductiva (motores de DC) deun tren electrico, podrias informarme donde puedo conseguir el Circuito y asipoder armarla. mi email es [email protected], desde ya muchas gracias......

Responder


El problema de las cargas inductivas, es que para su encendidorequieren un pico muy alto de corriente, por ende un regulador detensión, así sea de 5 a 8 Amp, activará su protección, por este pico decorriente tan alto (muchísimo mayor), lo que quieres es una fuente DCde 20 0 -20, en teoria podrias usar un transformador con tap central de16 0 16 AC RMS, rectificarlo y filtrarlo (calculando una capacitancia quedeje un voltaje ripple pequeño) y obtendrias aproximadamente pocomas de 20 0 - 20 DC sin utilizar reguladores de voltaje, y te tendria quefuncionar, mas sin embargo un transformador de 16 0 16 AC NO escomercial, ya tendrias que construirlo, ademas de que seria untransformador muy grande puesto que este tendría que ser mayor de5 amperios (creo que por ahi de 7 amp para que no se caliente tanto),otra opción puede ser que existan fuentes conmutadas que son

pequeñas, que estén diseñadas para cargas inductivas, en general lasfuentes conmutadas son muy eficientes respecto a lostransformadores, en tanto a generación de calor, como en tamañomuy reducido. saludos

7 de octubre de 2013, 19:09nónimo

Excelente tutorial e informacion para los aficionados y principiantes como yo.GRACIAS

Responder

12 de noviembre de 2013, 18:48nónimo

Con que software realizas tus imagenes?

Responder

13 de noviembre de 2013, 7:48manuel

Corel draw 12

1 de enero de 2014, 16:13UIS ALFONSO MORALES PALACIO

Excelente tu articulo lleno de la mejor información y pedagojia.

Responder

5 de enero de 2014, 9:27na Acosta

muy buena info, pero tendrias esta informacion pero para una fuente conmutadade pc at???

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http://www.blogger.com/profile/04859555981222345515http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1388942821834#c7990380301787701785http://www.blogger.com/profile/05954659743959370104http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1388621613250#c5302801393686139687http://www.blogger.com/profile/07958097360611283938http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1384357703846#c8569982888960085733http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1384310922140#c2257984078881001131http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1381198171345#c2331236528046222732http://www.blogger.com/profile/07958097360611283938http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1380127345747#c2874886329573168337http://www.blogger.com/profile/01715885380614709856http://diystart.blogspot.com/2012/12/teoria-y-construccion-de-fuentes-de.html?showComment=1375321645526#c4091253081707419546


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24 de marzo de 2014, 10:07nknown

gracias...

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25 de marzo de 2014, 0:39abriel GC

Hola, En el ultimo ejemplo hiciste los calculos para una determinada carga 20mA,pienso que pudiste haber calculado el capacitor para la corriente maxima queentrega el trafo (300mA) asi tendrias mas eficacia. En una aplicacion real debemos

basar nuestro diseno en la corriente maxima que entrega el regulador (1A),implicaria un buen disipador de calor y un trafo de mayor potencia. De estamanera tendremos una fuente mas flexible a diversas aplicaciones. Si bienquisieramos alimentar una carga en especifico nos bastaria configurar un diodozener como regulador... Felicidades por tu excelente aporte al mundo de laelectronica...

Responder

6 de abril de 2014, 16:15lda reyes

Muy buen blog :D

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