Fuentes de Alimentación

Tecnología Electrónica
Facultad de Ingeniería, Universidad de Deusto
Fuentes de Alimentación

Bibliografía
 Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino,
McGraw-Hill.
 Capítulo 4: Circuitos con Diodos
 Capítulo 5: Diodos de Propósito Específico

Fuentes de Alimentación
 El objetivo de una fuente de alimentación AC/DC es
transformar una señal alterna en una continua y estable.
 Una fuente de alimentación está compuesta por 3 fases:
1. Fase de transformación: modifica o adapta el V y la I de un
circuito primario a otro secundario.
2. Fase de rectificación: formado por diodos, convierte una señal
alterna a una continua.
3. Fase de filtrado: se consigue una señal continua más estable.
Transformación Rectificación Filtrado

Fase de Transformación
 Se basa en un transformador con dos bobinas
aisladas eléctricamente y enrolladas alrededor de un
mismo material ferromagnético.
 La transferencia de energía se realiza a través del flujo
magnético que se establece en el núcleo.
Un transformador sólo funciona con
tensiones alternas

Fase de Transformación (continuación…)
 En un transformador ideal la transferencia de potencia es del
100%; la potencia del primario es igual a la del secundario.
 En la realidad, existe un factor de transferencia k cercano al 98%.
 La relación de transformación de tensiones e intensidades
entre ambas bobinas depende del número de espiras NX.
 La potencia transferida es la misma, por lo que:
*p
p
s
s V
N
N
V 
*Si k≠1, hay que añadirlo en la fórmula multiplicando
p
s
p
sssppsp I
N
N
IIVIVPP 
Np Ns
Vp Vs

 VP o tensión de pico es el máximo valor que alcanza una señal
alterna.
 VPP o tensión de pico a pico es el valor de tensión entre VP+ y VP-;
es decir, la amplitud máxima de la onda.
 El valor medio se define como la media de todos los valores que
definen dicha onda.
 La suma de todos los valores de la onda es el área encerrada bajo la
curva entre dos puntos dados (normalmente un ciclo).
 Vrms o tensión eficaz es el voltaje equivalente de una corriente
continua que desarrolla la misma potencia que una alterna.
V
t
VP
VPP
VrsmVV MAXP  2

 Ejemplo 2:
 Calcular la tensión eficaz de salida en el siguiente
transformador.
 ¿Cuál es la frecuencia del secundario?
Hz60F
V24
2
V34
Vrms
V34
5
1
V170V
V1702V120V
2
(2)
P(2)
P(1)





Fase de Rectificación
 En la fase de rectificación se consigue transformar la
señal alterna del secundario de un transformador en
una señal continua.
 Existen muchos modelos diferentes:
 Rectificador de media onda
 Rectificador de onda completa
 Puente rectificador

Rectificador de Media Onda
 Está basado en un único diodo, que elimina la parte
negativa de la señal alterna de entrada;
 En el ciclo positivo, el diodo se polariza en directa y deja
pasar la corriente
 En el ciclo negativo, el diodo se polariza en inversa y no
deja pasar la corriente.
VO
VI
Función de transferencia
VOVI

Rectificador de Media Onda (continuación…)
 Rectificador de media onda ideal  VP(OUT)=VP(IN)
 2ª aproximación  VP(OUT)=VP(IN) - 0,7V
t
VO
VI
V
VO
VI
0,7V
t
VO
VI
V

 El valor de continua de una señal es el mismo que el
valor medio de la misma;
 La frecuencia de salida es la misma que la
frecuencia de entrada.
π
V
V
P
DC 

 Ejemplo 3:
 Calcular la tensión continua en la carga para el siguiente
circuito.
V10,6
π
V33,3
V
V33,3V0,7V34V
V34V170
5
1
V
V1702V120V
DC(3)
P(3)
P(2)
P(1)





Rectificador de Onda Completa
 Consta de dos diodos, los cuales no pueden encontrase
simultáneamente en polarización directa o inversa.
 En el ciclo positivo, el diodo D1 se polariza en directa y deja
pasar la corriente; el diodo D2 está en inversa y no deja pasar
la corriente.
 En el ciclo negativo, el diodo D1 se polariza en inversa y no
deja pasar la corriente; el diodo D2 está en directa y deja pasar
la corriente.
 La tensión de entrada será la mitad de la tensión del
secundario del transformador.
VO
VI

Rectificador de Onda Completa (continuación…)
 Rectificador de onda completa ideal  VP(OUT)=VP(IN)/2
 2ª aproximación  VP(OUT)=VP(IN)/2 – 0,7V
t
VO
VI
V
t
VO
VI
V

 Valor de continua o valor medio: la señal tiene el
doble de ciclos por lo que la función derivada será la
siguiente:
 La frecuencia de la señal rectificada de onda
completa es el doble de la frecuencia de entrada.
π
V2
V
P
DC 

 Ejemplo 4:
 Calcular la tensión continua en la carga para el siguiente
circuito rectificador.
 ¿Cuál es la frecuencia de salida?
Hz120Hz602f
V8310,
π
V16,32
V
V16,3V0,7
2
V34
V
V34V170
5
1
V
V1702V120V
OUT
DC(3)
P(3)
P(2)
P(1)








 Está formado por 4 diodos.
 En este caso, la tierra está asilada del transformador.
 En el ciclo positivo, los diodos D1 y D2 están polarizados en
directa y conducen; D3 y D4 están en inversa.
 En el ciclo negativo, los diodos D3 y D4 están polarizados en
directa y conducen; D1 y D2 están en inversa.
Puente Rectificador
El puente rectificador actúa como dos
rectificadores de media onda superpuestos
VO
VI

Puente Rectificador (continuación…)
 Puente rectificador ideal  VP(OUT)=VP(IN)
 2ª aproximación  VP(OUT)=VP(IN) – 1,4V
 Hay dos diodos en el camino de la conducción.
t
VO
VI
V
t
VO
VI
V

 Ejercicio 3:
 Dibujar una fuente de alimentación con un transformador
8:1 y puente rectificador y calcular el valor de la fuente
primaria para que el Vp en la carga sea de 8V.

 Como un rectificador produce una salida de onda
completa, las ecuaciones para el valor medio y la
frecuencia de salida son las mismas que para el
rectificador de onda completa.
 El puente rectificado es muy usado por lo que existe
un dispositivo como tal.

Comparativa de Rectificadores
Media Onda Onda Completa Puente
Numero de Diodos 1 2 4
Entrada del
rectificador
VP(2) ½VP(2) VP(2)
Salida de Pico
(ideal)
VP(2) ½VP(2) VP(2)
Salida de Pico
(2º aproximación)
VP(2) - 0,7V ½VP(2) - 0,7V VP(2) – 1,4V
Salida en Continua VP(out)/π 2VP(out)/π 2VP(out)/π
Frecuencia de rizado fin 2fin 2fin

Fase de Filtrado
 Con cualquiera de los rectificadores conseguimos
señales continuas; el siguiente paso será conseguir
señales continuas más constantes.
 La forma más sencilla es usar un filtro C a la entrada.

VOVI VD
Filtro C
 Es el filtro más sencillo, y está basado en un único
condensador colocado en paralelo con la resistencia
de carga.
 Proceso de análisis:
1. Se supone que no existe la resistencia de carga y el
diodo es ideal.
2. Se incluye la resistencia de carga.
3. Se supone el diodo en 2ª aproximación.

Filtro C (continuación…)
 Rectificador de media onda
 Rectificador de onda completa
t
VO
VI
V
VD
t
VO
VI
V
VD

 Tensión de rizado: mide la calidad de la tensión
continua que se está consiguiendo.
 ¿Qué será mejor? Una tensión de rizado alta o baja.
 Factor de rizado: da una idea de lo bueno o malo
que es el rizado; es decir, lo que se aproxima la
tensión de salida a una tensión continua.
Cf
I
V
L
R


siendo:
IL = corriente continua en la carga
f = frecuencia de rizado
C = capacidad del condensador
100(%)
V
V
γ
DC
R


 Ejercicio 4:
 Calcular la tensión de rizado para el siguiente circuito
rectificador:

Filtro LC
 Va a ser un filtro basado en inductancias y
condensadores.
 Se disminuye mucho el voltaje de rizado con
condensadores de pequeño valor.
 El voltaje de rizado para el segundo condensador
será [no entra en el examen]:
1CLfπ4
V
V
21
22
1RC
2RC



Filtro RC
 Se sustituye la inductancia del filtro LC por una
resistencia.
 Mejora el voltaje de rizado para corrientes pequeñas.
 La tensión de rizado para el segundo condensador
será [no entra en el examen]:
1CRfπ2
V
V
21
1RC
2RC



Fusibles
 Van a ser los elementos de protección en un circuito.
 Soporta un cierto límite de intensidad; si se supera, el
fusible se funde y deja el circuito abierto.
El fusible debe soportar, al menos, un 10% mas de
la corriente esperada en ese punto del circuito

Estabilizadores o Reguladores
 La resistencia de carga es variable, por lo que el
voltaje de salida de la fuente de alimentación puede
cambiar.
 La familia de estabilizadores 78xx proporcionan hasta un
1A de intensidad al circuito; la tensión de entrada debe
ser como mínimo 1V mayor que la que genere el
regulador.

Estabilizadores con Diodos Zener
 Cuando el diodo trabaja en la zona de ruptura,
mantiene constante la tensión en la carga.
 Incluso cuando la tensión en la fuente cambie.
S
ZF
S
R
VV
I


t
VF
VI
V
VR
VO
VZ
VI VR VF VO

Estabilizadores con Diodos Zener
(continuación…)
 Ejercicio 5:
 Calcular la corriente que circula por la resistencia RS y la
potencia disipada por el diodo zener en el pico positivo y
en el pico negativo.
 ¿Cómo sería la señal de salida? Dibújala.

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