Fuente de Alimentación fija y variable varias


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Anterior: El  Regulador.

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Con lo comentado en las secciones anteriores ya se puede construir una fuente de alimentación, en este caso se va a comentar 3 fuentes de alimentación básicas que no deberían faltar si se va a dedicar al estudio de la electricidad y de la electrónica.

          Las fuentes de alimentación que se verán son:

  1. Fuente de alimentación de 5V,  muy útil para los circuitos de electrónica digital, caso de circuitos combinacionales con compuertas lógicas, microcontroladores, muchos circuitos integrados trabajan a este voltaje.
  2. Fuente de alimentación variable, mediante esta fuente de alimentación se obtendrá un voltaje de continua que se puede ir variando, de acuerdo a lo que se necesite, por ejemplo en circuitos de polarización de transistores.
  3. Fuente de alimentación variable dual, esta fuente de alimentación proporciona en su salida tensiones de continua tanto positivas como negativas, se usa mucho  cuando se practica con el tema de los amplificadores operacionales.
  4. Fuente de alimentación de mas corriente, las tres primeras fuentes que se verán pueden suministrar un máximo de 1A en su salida, en este apartado se verá una forma en que se puede obtener mas corriente de una fuente de alimentación.

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Fuente de alimentación de 5V 1A

Se preparará el esquema de construcción de esta fuente; en este caso se necesita que en la salida de la fuente se obtenga un voltaje de continua de 5V, a la vez que debe poder suministrar hasta 1A de corriente continua, por lo cual se utilizará el regulador integrado 7805 con un encapsulado TO-220, al cual se le debe colocar un radiador ya que cuando mas corriente entregue se calentará; en la hoja de datos del 7805  hay un dato simbolizado como VDROP, este indica cual debe ser la diferencia mínima  entreel voltaje de entrada Vent del regulador y su voltaje de salida Vsal, para el caso del 7805 ese valor es VDROP=2V, por lo tanto Vent=Vsal+VDROP=(5+2)V,  entonces la tensión de entrada para el regulador tendrá que ser como mínimo Vent=7V.

Esa tensión de 7V en la entrada del 7805 tiene que ser el valor mínimo Vmín de la tensión filtrada, se ha visto también que el valor máximo de la tensión filtrada es  Vmáx=Vmín+Vppr, donde Vppr es el valor del voltaje pico pico de la tensión de rizo, esto hay que tenerlo en cuenta.

Hay que calcular cuanto tiene que ser el valor del voltaje pico que se deberá obtener en el secundario del transformador que se utilizará, para que una vez rectificada y filtrada se obtengan 7V como mínimo en la entrada del regulador 7805; por ejemplo si se elige un transformador que en el secundario de Vefc=6V de tensión eficaz, se tendrá un valor pico de esta tensión de Vp=6√2=8,5V, estos 8,5V tienen que pasar por los diodos rectificadores, en cuya salida se obtendrá Vrectificada=Vmáx=(8,5-1,4)V por lo que la tensión máxima que sale del rectificador será Vmáx=7,1V, luego esta tensión hay que filtrarla, se harán los cálculos para obtener un Vppr=10%(7,1) que será Vppr=0,71V, luego la tensión mínima Vmín de la tensión filtrada será Vmín=Vmáx-Vppr=7,1V-0,71V de donde Vmín=6,4V, esta tensión mínima es la tensión de entrada Vent del regulador, que como se ha visto anteriormente tiene que ser como mínimo 7V para que la fuente de alimentación trabaje bien; entonces se ve que un transformador cuya salida en el secundario de 6V de valor eficaz no será el adecuado para una fuente de alimentación de 5V.

Si el transformador por ejemplo da una salida en el secundario de Vefc=7V en valor eficaz, entonces se tendrá un voltaje pico de Vp=7√2=9,9V, de aquí Vrectificada=Vmáx=(9,9-1,4) esto es Vmáx=8,5V, luego Vppr=0,85V,  entonces Vmín=8,5-0,85 de donde la tensión mínima del voltaje rectificado será Vmín=7,65V, esta tensión mínima obtenida será el valor de voltaje en la entrada del regulador 7805 y como se ve es mayor que los 7V que se necesitan como mínimo en su entrada, por lo tanto los transformadores cuya salida en el secundario sea mayores o iguales a 7V en valor eficaz aseguran que el regulador 7805 trabajará en forma adecuada y en su salida se obtendrán 5V ±4% según la hoja de datos.

Con esto en mente ya se puede elegir que transformador utilizar, la tensión en el primario puede ser de 220V, 110V, lo mismo que la frecuencia puede ser 50Hz o 60Hz, eso depende del país, por ejemplo 230V a 50Hz, lo que interesa es la tensión que se obtenga en el secundario, los comerciales mas cercanos por ejemplo son de 9V, 12V y otros mayores, el que convendría para este caso sería uno de 9V en valor eficaz en el secundario, además también de asegurarse que sea de 1A (puede ser de mas corriente) como mínimo en el secundario ya que esa es la corriente máxima para la cual se preparará la fuente de alimentación; luego si Vefc=9V lo que da Vp=12,7V de aquí Vmáx=12,7-1,4 entonces Vmáx=11,3V, luego el Vppr=1,13V (el 10% de Vmáx); entonces Vmín=11,3-1,13 que es Vmín=10,17V, que como se ve es mayor que los 7V mínimos que pide el regulador 7805 en su entrada para obtener en su salida los 5V.

Ahora se puede calcular el valor adecuado para el condensador de filtro del  cual se obtendrá una salida en continua con un rizado, cuyo Vppr sea el 10% del Vmáx del voltaje rectificado; para ello se usará la ecuación vista anteriormente:

cfr

En la fórmula se pide la frecuencia de la tensión rectificada, la cual es el doble de la frecuencia que llega de la compañía eléctrica, por ejemplo si esta frecuencia es de 50Hz, el valor a utilizar en la fórmula será f=100Hz; si la frecuencia de la compañía es de 60Hz entonces f=120Hz, el voltaje pico para los cálculos que se han hecho es Vp=12,7V y la corriente que se obtebdrá como máximo será 1A, si se reemplazan estos valores se obtendrá que C=8800uF, lo cual es un valor muy elevado, aunque colocando condensadores en paralelo se puede conseguir, esto es si se quiere un valor de 10% del Vp para el Vppr; se hará que Vppr sea mayor que el 10% del Vmáx, para la fuente de 5V se necesita que Vmín en la entrada del regulador sea de 7V y se tiene Vmáx=11,3V entonces Vmín=Vmáx-Vppr de aquí Vppr=Vmáx-Vmín=(11,3-7)V; se obtiene que el Vppr con el cual se puede trabajar sin hacer que la Vmín sea menor de 7V será Vppr=4,3V lo podemos dejar en 4V, entonces Vppr=4V luego a partir de la fórmula vista anteriormente:

Vppr=I/(f*C)

se despeja el valor de la capacitancia del condensador que permitirá obtener el Vppr=4V, algo así C=I/(f*Vppr), si se reemplazan los valores conocidos  C=(1A)/(100*4); de donde C=2500uF, capacitancias cuyos valores sean mayores a 2500uF ya servirán para que el regulador trabaje en forma adecuada, se utilizará uno de 3300uF (el cual dará una Vppr=3V) a 35V porque la máxima tensión a la que puede trabajar el condensador se recomienda que sea al menos el doble de la tensión máxima rectificada, por eso de los picos o sobretensiones que pueden aparecer, en este caso será 2*(11,3)=22,6 por lo tanto un condensador a 35V ya irá bien.

De la ecuación Vppr=I/(f*C) se ve que Vppr disminuye si la corriente disminuye, la corriente dependerá de la carga que se encuentre en la salida de la fuente, ya que f y C serán constantes, esto es una ventaja pues al disminuir la Vppr la Vmín de la tensión rectificada aumenta y esto provoca que el regulador trabaje mejor.

En cuanto a los diodos rectificadores se utilizarán los 1N4004 los cuales pueden trabajar a 1A y tienen un alto valor en cuanto al voltaje de pico inverso 280V según la hoja de datos.

El esquema para la fuente de alimentación de 5V será:

fuente de alimentación DE 5V

       El diodo led está incluido para indicarnos que tenemos continua en la salida.

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Fuente de alimentación variable 1A

 Para lograr una fuente de alimentación variable se utilizará el regulador integrado LM317T, el cual tiene un encapsulado tipo TO-220 cuya hoja de datos se puede ver aquí; este regulador puede dar en la salida una corriente mínima de 3,5mA hasta un máximo de 1,5A será necesario ponerle un radiador ya que se calentará; en su salida se puede obtener un voltaje en continua variable que va desde 1,2V  hasta los 37V el valor máximo dependerá del transformador que se utilice, el valor mínimo 1,2V si es igual para todas las fuentes construidas con este regulador; tiene protección contra cortocircuitos y protección térmica interna, todo esto según la hoja de datos, en la siguiente figura se puede ver sus pines de conexión.

lm317t

La hoja de datos también indica que la diferencia mínima de tensión que debe existir entre la entrada y la salida de este regulador debe de ser 3V, ademas esta diferencia de voltaje puede variar desde los 3V hasta los 40V, esto hay que tenerlo muy en cuenta para lo que sigue.

Los cálculos que se hacen a continuación es suponiendo que en el secundario del transformador hay exactamente 24V de valor eficaz, en un transformador real este valor puede variar.

Para este caso se tiene un transformador cuyo secundario da 24V en tensión eficaz y en el cual se puede obtener obtener hasta 2A de la bobina secundaria, el circuito que se preparará será para que la fuente pueda suministrar hasta 1A, luego el voltaje pico será Vp=24√2 lo cual es Vp=34V, este voltaje tiene que pasar por el rectificador del cual se obtendrá un voltaje máximo de Vmáx=(34-1,4)V lo cual es Vmáx=32,6V esta tensión rectificada se filtrará, y se quiere que el voltaje pico  pico del rizo sea Vppr=10%Vmax entonces Vppr=3,26V; por lo tanto el valor de la tensión rectificada mínima Vmín, la cual será igual a la tensión de entrada Vent al regulador LM317T será Vmín=Vmáx-Vppr=(32,6-3,26)V de aquí Vmín=Vent=29,34V; la hoja de datos dice que la diferencia de tensiones entre la entrada y la salida del regulador tiene que ser como mínimo 3V para estar seguros que el regulador está trabajando bien; por lo tanto la tensión máxima en la salida del regulador Vsal para la cual podemos estar seguros que la medida de continua es correcta será Vsal=Vent-3V de aquí Vsal=(29,34-3)V entonces Vsal=26,34V para asegurarse se dirá que mientras en la salida del LM317T se midan tensiones continuas comprendidas entre 1,2V y 26V se puede estar seguros que la fuente de alimentación está trabajando en forma adecuada.

Para calcular el valor adecuado del condensador que filtrará la tensión rectificada y del cual se obtendrá una salida en continua con un rizado cuyo Vppr=10%Vmáx se usará la ecuación:

cfr

En la fórmula se pide la frecuencia de la tensión rectificada, la cual es el doble de la frecuencia que llega de la compañía eléctrica, por ejemplo si esta frecuencia es de 50Hz, el valor a utilizar en la fórmula será f=100Hz; si la frecuencia de la compañía es de 60Hz entonces f=120Hz, el voltaje pico para este caso es Vp=34V y la corriente que se quiere obtener como máximo es de 1A, si se reemplazan estos valores se obtendrá que C=3100uF; se utilizará un condensador electrolítico cuya capacitancia es de C=3300uF a 63V, porque la máxima tensión a la que puede trabajar el condensador se recomienda que sea al menos el doble de la tensión máxima rectificada, por eso de los picos o sobretensiones que pueden aparecer, en este caso será 2*(34)=68V por lo tanto un condensador a 63V ya irá bien.

Mediante el pin 1 (pin de ajuste) del LM317T es que se puede controlar cuanto será la tensión de salida del regulador, el siguiente gráfico es el arreglo que indica la hoja de datos que se debe realizar para obtener una fuente variable:

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La hoja de datos recomienda que en la entrada del LM317T se coloque un condensador de 100nF si el condensador de filtro y el regulador se encuentran alejados unos 15cm; este condensador sirve para filtrar el ruido que se pueda producir  sobre el cable o pista que los une; también dice que a la salida se coloque un condensador de 1uF para mejorar la respuesta a transitorios; la tensión de salida será igual a la suma de las tensiones que caigan sobre R1 y R2, esto es Vsal=VR1+VR2, donde R2 es una resistencia variable y la tensión sobre R1 para este regulador siempre será 1,25V de alli que la salida mínima sea 1,25V y esto ocurrirá cuando R2 sea cero; la hoja de datos también recomienda que R1=240Ω, de esto se puede ver que IR1=1,25/240 de lo que se obtiene que la corriente en R1 es IR1=5mA, en otras palabras está recomendando que la corriente en R1 debe ser lo mas próxima a 5mA; también dice que la corriente en el pin de ajuste Iadj=50uA; si se aplica Kirchoff se tendrá:

IR2 = IR1 + Iadj

(Vsal – 1,25)/R2 = (1,25/R1) + Iadj

si  se reacomoda esto se tiene:

Vsal=1,25*(1+(R2/R1)) + Iadj*R2

como Iadj=50uA es una cantidad muy pequeña el producto Iadj*R2 se puede despreciar, quedando:

Vsal=1,25*(1+(R2/R1))

al reacomodar esto se obtiene:

R2/R1=(Vsal/1,25) – 1

para la fuente de alimentación que se está viendo la tensión de salida del regulador será la que se obtuvo lineas arriba Vsal=26V, se utilizará R1=240Ω que es el valor que recomienda la hoja de datos, con esto se puede encontrar el valor de la resistencia variable R2 que se necesita; seria algo así R2=(240)*((26/1,25)-1) de aquí R2=4,75KΩ, la resistencia variable o potenciometro comercial mas cercano es R2=4,7KΩ y será el que se utilizará en el circuito de la fuente de alimentación variable.

La hoja de datos también recomienda que se coloquen unos diodos de protección para que en el caso de cortocircuitos, las corrientes no circulen por el LM317T.

Además colocaremos un led a la entrada del regulador para que indique que al regulador le está llegando tensión.

El esquema para la fuente de alimentación variable de 1,25V a 26V quedará así:

 fuente de alimentación VARIABLE

Mientras esta fuente de alimentación esté trabajando en el rango de 1,25V a 26V, se puede estar seguro que la fuente de alimentación estará trabajando en forma adecuada en los circuitos en los cuales se utilice.

Se dejo un vídeo que se preparó sobre este tema.

   El esquema que se utilizó cuando se preparó este vídeo se puede descargar aquí

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Fuente de alimentación variable simétrica 1A

Antes de ver este tema será necesario familiarizarse con el tema anterior que es Fuente  de alimentación variable; en este caso lo que se hará será una fuente de alimentación que tendrá una salida positiva en continua variable y una salida negativa en continua variable.

Lo que se necesita para para construir esta fuente será en primer lugar un transformador con derivación central; se tiene uno que es de 12V-0V-12V, es decir que en el secundario del transformador hay una bobina que está separada en 2 partes, si se mide la tensión entre los extremos de la bobina se medirá 24V, pero si se mide entre un extremo y el cero de la bobina se obtendrá 12V para cada extremo, el primario del transformador es de 230V/50Hz, esta entrada puede cambiar de acuerdo al país por ejemplo a 110V/60Hz; ademas será necesario que el secundario pueda entregar como mínimo 1A.

tra der cn

Para la obtención de la tensión positiva continua variable se utilizará el regulador integrado LM317T el utilizado en el caso anterior; y para la obtención de la tensión negativa continua variable se usará el regulador integrado LM337T, su hoja de datos se puede ver  aquí, el cual también tiene un encapsulado  TO-220, será necesario colocarle un radiador para ayudar a enfriarlo en caso se caliente; puede trabajar hasta 1,5A; tiene protección térmica y contra cortocircuitos interna; es muy similar al LM317T, con la principal diferencia que con el LM337T se regula tensiones negativas que van desde los -1,2V hasta los -37V según su hoja de datos; los pines de conexión se pueden ver a continuación:

lm337t

La hoja de datos también indica que para el LM337T la diferencia mínima de tensión que debe existir entre la entrada y la salida de este regulador debe ser de 3V, ademas esta diferencia puede variar desde los -3V hasta los -40V, para asegurarse que el regulador está  trabajando en forma adecuada.

Salida Positiva

Los cálculos que se hacen a continuación es asumiendo que entre un extremo del secundario y el cero hay exactamente 12V,  en un transformador real este valor puede variar.

Para la parte positiva de la salida se tendrá Vef=12V, de donde Vp=12√2que es Vp=17V, el voltaje máximo obtenido después de rectificado será Vmáx=Vp-1,4=17-1,4 dando Vmáx=15,6 al filtrar esta tensión rectificada se quiere que el  voltaje pico pico de rizo sea Vppr=10%Vmáx, entonces Vppr=1,56V por lo tanto el valor de la tensión rectificada mínima Vmín, la cual será igual a la tensión de entrada Vent al regulador LM317T será Vmín=Vmáx-Vppr=15,6-1,56 de aquí Vmín=Vent=14V; la hoja de datos dice que la diferencia de tensiones entre la entrada y la salida del regulador tiene que ser como mínimo 3V para estar seguros que el regulador está trabajando bien; por lo tanto la tensión máxima en la salida del regulador Vsal para la cual se puede estar seguro que la medida de continua es correcta será Vsal=Vent-3V de aquí Vsal=(14-3)V entonces Vsal=11V para asegurarnos diremos que mientras en la salida del LM317T se midan tensiones comprendidas entre 1,2V y 11V se puede estar seguro que la fuente de alimentación está trabajando en forma adecuada.

Para calcular el valor adecuado del condensador que filtrará la tensión rectificada y del cual se obtendrá una salida en continua con un rizado cuyo Vppr=10%Vmáx se usará la ecuación:

cfr

En la fórmula se pide la frecuencia de la tensión rectificada, la cual es el doble de la frecuencia que llega de la compañía eléctrica, por ejemplo si esta frecuencia es de 50Hz, el valor a utilizar en la fórmula será f=100Hz; si la frecuencia de la compañía es de 60Hz entonces f=120Hz, el voltaje pico es Vp=17V y la corriente que se quiere obtener como máximo es 1A, si se reemplan estos valores se obtendrá que C=6400uF; se utilizarán dos condensadores cuya capacitancia sea C=3300uF a 35V, porque la máxima tensión a la que puede trabajar el condensador se recomienda que sea al menos el doble de la tensión máxima rectificada, por eso de los picos o sobretensiones que pueden aparecer, en este caso será 2*(17)=34V por lo tanto un condensador a 35V ya nos irá bien.

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La hoja de datos recomienda que en la entrada del LM317T se coloque un condensador de 100nF si el condensador de filtro y el regulador se encuentran alejados unos 15cm; este condensador sirve para filtrar el ruido que se pueda producir  sobre el cable o pista que los une; también dice que en la salida se coloque un condensador de 1uF para mejorar la respuesta transitoria; la tensión de salida será igual a la suma de las tensiones que caigan sobre R1 y R2, esto es Vsal=VR1+VR2, donde R2 es una resistencia variable y la tensión sobre R1 para este regulador siempre será 1,25V de alli que la salida mínima sea 1,25V y esto ocurrirá cuando R2 sea cero; la hoja de datos también recomienda que R1=240Ω (R1 puede variar entre 180Ω y 330Ω de preferencia, aunque en teoría podría ser cualquier valor), de esto se puede ver que IR1=1,25/240 de lo cual se obtiene IR1=5mA, en otras palabras está recomendando que la corriente en R1 debe ser lo mas próxima a 5mA; también dice que la corriente en el pin de ajuste Iadj=50uA; si se aplica Kirchoff se obtendrá:

IR2 = IR1 + Iadj

(Vsal – 1,25)/R2 = (1,25/R1) + Iadj

reacomodando se tiene:

Vsal=1,25*(1+(R2/R1)) + Iadj*R2

como Iadj=50uA es una cantidad muy pequeña el producto Iadj*R2 se puede despreciar, quedando:

Vsal=1,25*(1+(R2/R1))

esto se reacomoda y se obtiene:

R2/R1=(Vsal/1,25) – 1

La tensión de salida positiva máxima de la fuente será la que se obtuvo lineas arriba Vsal=11V, se utilizará R1=240Ω que es el valor que nos recomienda la hoja de datos, con esto se puede encontrar el valor de la resistencia variable R2 que se necesita; seria algo así R2=(240)*((11/1,25)-1) de aquí R2=2,1KΩ, las resistencia variables o potenciometros comerciales mas cercanos a este valor son los de 2K y 2,2K se utilizará el de R2=2KΩ para la parte positiva del circuito de alimentación.

La hoja de datos también recomienda que se coloquen unos diodos protección para que en el caso de cortocircuitos, las corrientes no circulen por el LM317T.

 Además se colocará un led a la entrada del regulador para que indique que al regulador le está llegando tensión.

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Salida negativa

Los cálculos que se hacen a continuación es asumiendo que entre el otro extremo del secundario y el cero hay también exactamente 12V,  en un transformador real este valor puede variar.

Para la parte negativa de la salida se tendrá Vefc=-12V, de donde Vp=-12√2que es Vp=-17V, el voltaje negativo máximo obtenido después de rectificado será Vmáx=Vp-(-1,4)=-17+1,4 dando Vmáx=-15,6 al filtrar esta tensión rectificada se quiere que el  voltaje pico pico de rizo sea Vppr=10%Vmáx, entonces Vppr=-1,56V por lo tanto el valor de la tensión negativa rectificada mínima Vmín, la cual será igual a la tensión de entrada Vent al regulador LM337T será Vmín=Vmáx-Vppr=-15,6-(-1,56) de aquí Vmín=Vent=-14V; la hoja de datos dice que la diferencia de tensiones entre la entrada y la salida del regulador tiene que ser como mínimo -3V para estar seguros que el regulador está trabajando bien; por lo tanto la tensión máxima en la salida del regulador Vsal para la cual se puede estar seguro que la medida de tensión continua es correcta será Vsal=Vent-(-3)V de aquí Vsal=(-14+3)V entonces Vsal=-11V para asegurarse se dirá que mientras en la salida del LM337T se midan tensiones comprendidas entre –1,2V y -11V se puede estar seguro que la fuente de alimentación está trabajando en forma adecuada.

Para calcular el valor adecuado del condensador que filtrará la tensión negativa rectificada y del cual se obtendrá una salida en continua con un rizado cuyo Vppr=10%Vmáx se usará la ecuación:

cfr

Se calculará para f=100Hz; el voltaje pico negativo es Vp=-17V y la corriente que se quiere obtener como máximo es -1A, si se reemplazan estos valores se obtendrá que C=6400uF; se utilizarán dos condensadores cuya capacitancia sea C=3300uF a 35V, porque la máxima tensión a la que puede trabajar el condensador se recomienda que sea al menos el doble de la tensión máxima rectificada, por eso de los picos o sobretensiones que pueden aparecer, en este caso será 2*|-17|=34V por lo tanto un condensador a 35V ya irá bien.

lm337t z

La hoja de datos recomienda que en la entrada del LM337T se coloque un condensador de 100nF si el condensador de filtro y el regulador se encuentran alejados unos 15cm; este condensador sirve para filtrar el ruido que se pueda producir  sobre el cable o pista que los une; dice también que a la salida se coloque un condensador de 1uF para mejorar la respuesta transitoria; la tensión de salida será igual a la suma de las tensiones que caigan sobre R1 y R2, esto es Vsal=VR1+VR2, donde R2 es una resistencia variable y la tensión sobre R1 para este regulador siempre será -1,25V de alli que la salida negativa mínima sea -1,25V, esto ocurrirá cuando R2 sea cero; la hoja de datos también recomienda que R1=240Ω (R1 puede variar entre 180Ω y 330Ω de preferencia, aunque en teoría podría ser cualquier valor), de esto se puede ver que IR1=-1,25/240 de lo se obtiene IR1=-5mA, en otras palabras está recomendando que la corriente en R1 debe ser lo mas próxima a -5mA; también dice que la corriente en el pin de ajuste Iadj=-50uA; si aplicamos Kirchoff se obtendrá:

IR2 = IR1 + Iadj

(Vsal – (-1,25))/R2 = (-1,25/R1) + Iadj

si  se reacomoda se obtendrá:

Vsal= -1,25*(1+(R2/R1)) + Iadj*R2

como Iadj=50uA es una cantidad muy pequeña, el producto Iadj*R2 se puede despreciar, quedando:

Vsal= -1,25*(1+(R2/R1))

esto se reacomoda y se obtiene:

R2/R1=(-Vsal/1,25) – 1

La tensión de salida negativa mínima será la que se obtuvo lineas arriba Vsal=-11V, se utilizará R1=240Ω (R1 puede variar entre 180Ω y 330Ω de preferencia, aunque en teoría podría ser cualquier valor) que es el valor que recomienda la hoja de datos, con esto se puede encontrar el valor de la resistencia variable R2 que se necesita; seria algo así R2=(240)*((-(-11/1,25))-1) de aquí R2=2,1KΩ, las resistencia variables o potenciometros comerciales mas cercanos a este valor son los de 2K y 2,2K se utilizará el de R2=2KΩ para la parte negativa de la fuente de alimentación.

La hoja de datos también recomienda que se coloque unos diodos de protección para que en el caso de cortocircuitos las corrientes no circulen por el LM337T.

Además se colocará un led en la entrada del regulador para que indique que al regulador le está llegando tensión.

El esquema para la fuente de alimentación variable simétrica quedará así:

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Mientras esta fuente de alimentación esté trabajando en el rango de -11V a -1,25V y de 1,25V a 11V, se puede estar seguro que la fuente de alimentación estará trabajando en forma adecuada en los circuitos en los cuales se utilice; si se cambia el potenciometro por ejemplo por uno de 3,3K se obtendrán voltaje de salidas mayores, pero va resultar que una vez que se pasen de los 11V o los -11V la fuente ya no responderá adecuadamente, por ejemplo si se tiene una carga a 13V  y luego se cambia esta carga puede suceder que los 13V disminuyan sin que se haya tocado nada, en ese momento la fuente ya está fallando.

Como es lógico, si se quiere una fuente de alimentación variable simétrica en cuyas salidas se tengas voltajes mayores a los 11V obtenidos aquí, se necesitará un transformador cuyas salidas del secundario sean mayores a 12-0-12.

 Se deja  un vídeo relacionado con este tema:

El esquema que se utilizó cuando se preparó este vídeo se puede descargar aquí

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Fuente de alimentación de mas corriente.

En este caso se verá como construir una fuente de alimentación de la cual se puede obtener mas de 1A, lo primero que se tiene que hacer es conseguir un transformador que en el secundario tenga suficiente tensión para que una vez rectificado, luego filtrado y luego pase por una resistencia de muy poco ohmiaje(como veremos luego), alcance la tensión mínima que el regulador necesita en la entrada, 7V para el caso del 7805 con el cual se puede fabricar una fuente de alimentación de 5V; ademas es necesario que el secundario pueda suministrar como mínimo la cantidad de corriente que se quiere obtener de la fuente, por ejemplo 3A.

Cuando se preparó la fuente de alimentación de 5V para 1A, se utilizó un transformador de 9V para obtener los 7V que necesita el regulador 7805 en su entrada para que este trabaje bien; se habián hecho los cálculos para un máximo en la corriente de 1A, para una frecuencia de rectificación de 100Hz y se utilizó un condensador de 3300uF para obtener un voltaje pico pico de rizado de 3V, se utilizó la fórmula:

Vppr=I/(f*C)   (no olvidarse de esta fórmula)

La tensión máxima que se obtuvo al rectificar la tensión obtenida del secundario del transformador era Vmáx=11,3V, entonces la tensión mínima que se obtiene al filtrar la tensión rectificada es Vmín=Vmáx-Vppr de aquí Vmín=11,3-3 entonces Vmín=8,3V, esta será la tensión mínima que llegará a la entrada del rectificador y como se ve es mayor que los 7V mínimos que necesita el rectificador en su entrada, por lo tanto la fuente no dará problemas mientras la corriente que se obtenga no sea mayor a 1A.

Si se vuelve a la fórmula del voltaje pico pico de rizo se ve que si la corriente aumenta entonces el Vppr aumentará; por ejemplo si ahora se quiere obtener 3A y se reemplaza esto en la fórmula, se verá que Vppr=9V, y si con esto ahora se calcula la tensión mínima filtrada que se obtendría Vmín=11,3-9 nos da Vmín=2,3V, esta tensión será la que le llegue al regulador en su entrada y como se ve está muy alejada del valor mínimo que se necesita en la entrada del 7805 que son los 7V.

Entonces lo que se necesita es disminuir Vppr, según la fórmula una manera sería aumentar el valor de la capacitancia del condensador, por ejemplo uno de 4700uF, si se reemplaza este valor y se calcula para I=3A se tendrá Vppr=3/(100*4700u) de aquí Vppr=6,4V, ahora Vmín=11,3-6,4 lo cual es Vmín=4,9V; se podría seguir aumentando el valor de la capacitancia del condensador para disminuir el Vppr hasta obtener un Vmín=7V, pero se va a necesitar valores de capacitancia muy altos, se podría hacer, pero otra forma y es la que se usará en el esquema sería utilizar un transformador en cuyo secundario se obtenga una tensión eficaz mayor que 9V.

Se va a utilizar el condensador de 4700uF, para los 3A, con el cual se ha visto que el Vppr=6,4V; se sabe que se necesita una Vent=Vmín=7V para el  7805 (según su hoja de datos Vent puede estar entre 7V y 20V), con estos valores se puede encontrar el voltaje máximo que debe tener la tensión filtrada Vmáx=Vmín+Vppr de aquí Vmáx=7+6,4 lo cual es Vmáx=13,4V, y este valor será igual a la tensión rectificada menos la tensión que cae en los diodos de rectificación Vmáx=Vp-1,4, por lo tanto la tensión que sale del secundario del transformador debe tener un voltaje pico Vp=13,4+1,4 esto es Vp=14,8V, y de aquí la tensión eficaz que debe tener como mínimo el secundario del transformador será Vefc=(Vp)/(√2), lo cual es Vefc=10,5V, el transformador comercial que se acerca a este valor es el de 12V, que  ademas debe proporcionar como mínimo 3A si es mas mejor, será el que se reflejará en el esquema.

Los diodos que se utilicen en el puente rectificador tendrán que ser capaces de soportar hasta 3A como mínimo, en este caso se utilizará el 1N5408.

Como se sabe el regulador 7805 no es capaz de conducir 3A, razón por la cual se tendrá que agregar 2 transistores de potencia (se usará el transistor pnp TIP42C que puede conducir hasta 6A); uno de ellos manejará la corriente que absorba la carga y el otro es utilizado para que no se produzcan sobrecorrientes y así se proteja en caso de cortocircuitos; veamos primero como trabaja el transistor que se encarga del manejo de la corriente.

fuente DE 5V 3 A sp

El transistor pnp T1 para que se encienda necesita que entre su emisor y su base exista una tensión de 0,7V esta tensión se la dará la resistencia R1 de 1,5Ω, se usa la resistencia de 1,5Ω 5W porque es la que se encontró en la tienda es importante la potencia de la resistencia, esta se puede hallar como P=VI, se puede usar cualquier otra mientras la corriente sobre el 7805 no sea mayor a 1A y no olvidarse colocar un radiador tanto al 7805 como al transistor TIP42C; la tensión que aparezca sobre R1 por ley de Ohm será VR1=(1,5)(IR1) de aquí IR1=VR1/(1,5) esta es la corriente sobre R1 que será la misma que circule por el 7805 mientras el transistor T1 no se encienda y que dependerá de la carga que exista a la salida de la fuente; la corriente que hará que la tensión VEB del transistor sea 0,7V y esta provoque que  el transistor se encienda será IR1=(0,7)/(1,5)=0,47A casi medio amperio, entonces la potencia máxima sobre la resistencia será P=(0,7V)*(0,47A) lo cual da P=330mW; IR1=0,47A será la máxima corriente que circulará por el 7805; la demás corriente que la carga necesite circulará ahora por el transistor pues a partir de los 0,47A el transistor T1 ya se encuentra encendido.

En el esquema anterior si la carga pide mas corriente o hay un cortocircuito, el transistor T1 tenderá a dar toda la corriente que le pidan, no hay nada que lo limite, pero esto provocará que si circulan por el mas de 6A este se dañe, ademas la bobina del secundario del transformador esta limitado a suministrar 3A razón por la cual si en la salida se le pide mas este se quemará, lo mismo ocurrirá con los diodos, por lo cual será necesario incluir otro transistor en el circuito que sera el que lo protegerá en el caso de cortocircuitos o que la carga pida demasiada corriente, en este caso se aprovecha la protección interna que tiene el 7805, el esquema será el siguiente:

fuente DE 5V 3 A CON PROTECCIÓN

En este esquema modificado, se ve que se coloca un transistor T2 y una resistencia R2 de 0,33Ω esto protegerá al circuito de sobrecorrientes o cortocircuitos; el 7805 en este caso está preparado para que por el circule un máximo de casi 0,5A, según lo que necesite la carga, si la carga necesita mas corriente esa corriente de mas circulará por T1, cuando la corriente por T1 sea aproximadamente 2,12A esto provocará que sobre R2 caiga VR2=(2,12A)(0,33Ω) lo cual será VR2=0,7V, (se colocó una resistencia de 0,33Ω porque es la que se pudo conseguir en la tienda, si se consigue una de 0,3Ω o 0,27Ω también te podrían servir, mientras la corriente sobre R2 sea a lo mucho 2,5A); esta tensión sobre R2 provoca que T2 se encienda, entonces parte de la corriente que circulaba por T1 ahora circulará por T2, la cual a su vez circulará por el 7805; y si esa corriente es grande (mayor a 1,5A según la hoja de datos) sobrecalentará el 7805 y hará que actúe la protección interna que este posee, apagando el 7805.

Demás está comentar que si se quiere una fuente constante con una tensión diferente a 5V, que de mas corriente habrá que seguir los pasos indicados lineas arriba, estando muy atentos a los valores adecuados que se vayan obteniendo para el condensador y la salida del secundario del transformador.

 

Anterior: El Regulador.

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