Fuentes de alimentacion lineales

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Índice:

Consignas:        3

Introducción        3

Desarrollo        3

Etapa de la red de línea        3

Etapa de transformador de entrada        4

Etapa del rectificador        5

Rectificador de media onda        5

Rectificador de onda completa        6

Rectificador de puente de Graetz        6

Etapa del filtro        7

Etapa del regulador        9

Reguladores fijos        9

Reguladores variables        9

Capacitores en el regulador        10

Disipación de potencia en los reguladores        10

Reguladores de potencia        10

Conclusiones        11

Consignas:

En este informe se pide describir y explicar una fuente de alimentación por etapas desde la tensión de línea hasta la salida.

Introducción

Una fuente de alimentación es un dispositivo capaz de suministrar una tensión y corriente dependiendo de su ensamblaje. Existen distintos tipos de fuente, las lineales y las conmutadas. Este informe se especializará en las de tipo lineal, las cuales cuentan con 4 etapas.

Es necesario recordar que antes de utilizar un componente se debe observar su datasheet correspondiente, siempre respetando cada fabricante

Todas las simulaciones y esquemas fueron realizados utilizando el programa Multisim 14.0 de National Instruments

Desarrollo

Como se mencionó anteriormente una fuente de alimentación consta de 4 etapas, y cada una tiene sus propias características. Las etapas son:

• Etapa de la red de línea
• Etapa de transformador de entrada
• Etapa del rectificador
• Etapa del filtro
• Etapa del regulador

Algunas de las gráficas e información están basadas en fuente ya diseñada con posterioridad para la realización de este informe. A pesar de esto tener en cuenta que las imágenes son demostraciones y no cambia su utilidad.

Etapa de la red de línea

Esta es la etapa más sencilla ya que lo único que se debe hacer es analizar la señal otorgada por el servicio de distribución de electricidad. En el caso de argentina, se tiene una señal de 220Vrms con una frecuencia de 50Hz.

El Vrms indica el valor eficaz de tensión, que no es lo mismo que el valor de pico de la onda. La tensión eficaz de una corriente alterna es el valor de una tensión continua que produjera la misma potencia que la anterior con la misma carga. La ecuación para el cálculo de la tensión eficaz es:

      Donde Vp es la tensión de pico y Vrms la tensión eficaz[pic 6]

Etapa de transformador de entrada

En esta etapa aparece un dispositivo llamado transformador. Este dispositivo reduce o aumenta la tensión hasta lograr el valor adecuado para la fuente que se quiere realizar.

Un transformador está formado por tres partes: Un núcleo de hierro, un bobinado primario y otro secundario. Ambos bobinados se enrollan en el núcleo y son independientes entre sí y la energía se transmite del primario al secundario a través del núcleo como energía magnética.

[pic 7][pic 8]

El número de espiras (vueltas de alambre) del primario y del secundario tiene una relación con la tensión de entrada y la de salida, así también con la corriente. Esta es la relación de transformación:

[pic 9]

Donde n1 es el número de espiras del primario y n2 el número de espiras del secundario, v1 la tensión de entrada y v2 la de salida, i1 es la corriente de entrada e i2 es la corriente de salida.

Hay que tener en cuenta que se trabaja con valores eficaces, ósea que la tensión de pico es otra. También se debe observar la potencia del transformador al momento de construir la fuente.

En nuestro caso utilizaremos un transformador de 220v a 12v. A continuación se pueden observar los resultados de la simulación:[pic 10]

Etapa del rectificador

El rectificador se conecta luego del transformador y cumple la función de convertir la corriente alterna en una continua. Antiguamente se lograba con válvulas, pero hoy en día se utilizan dispositivos semiconductores llamados diodos. Los diodos permiten el paso de la corriente en un solo sentido. Existen tres tipos de rectificadores: rectificador de media onda, de onda completa y de puente de Graetz.

Para simplificar el trabajo diré los nombres de las variables y lo que significan a continuación:

Vi = Tensión de entrada (i es input equivalente a entrada)

Vo= Tensión de salida (o es output equivalente a salida)

Rectificador de media onda

El rectificador de media onda consta de un solo diodo como se ve en la siguiente imagen:

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Cuando comienza el semiciclo positivo y se alcanza 1V el diodo comienza a conducir hasta que se completa el semiciclo. Pero cuando comienza el semiciclo negativo el diodo se polariza en inversa y no conduce

Este es el rectificador de menor eficiencia, ya que se elimina toda la parte negativa, además hay que tener en cuenta que el diodo comienza su conducción plena con 1 volt. Esto genera un desperdicio de energía alto donde queda aprox. 31% de la señal de entrada como se ve en la siguiente ecuación

[pic 13]

Donde Vdc  es el valor de continua, Vp es la tensión de pico y VD es la caída de tensión en el diodo.

Rectificador de onda completa

El rectificador de onda completa consta de dos diodos y además es necesario un transformador con punto medio, como  se observa en la imagen:

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