Muchos circuitos necesitan para su funcionamiento, una alimentación de corriente continua (C.C.), pero lo que normalmente se encuentra es alimentación de corriente alterna (C.A.).
Para lograr obtener corriente continua, la entrada de corriente alterna debe seguir un proceso de conversión como el que se muestra en el diagrama.
En el gráfico siguiente se ve el funcionamiento de una fuente, con ayuda de un diagrama de bloques.
También se muestran las formas de onda esperadas al inicio (Entrada en A.C.), al final (Salida en C.C.) y entre cada uno de ellos.
- La señal de entrada, que va al primario del transformador, es una onda senoidal cuya amplitud dependerá del lugar en donde vivimos (110 / 220 Voltios c.a. u otro).
- El transformador entrega en su secundario una señal con una amplitud menor a la señal de entrada y ésta deberá tener un valor que esté de acorde a la tensión (voltaje) final de corriente continua que se desea obtener.
Por ejemplo si se desea obtener una tensión final en corriente directa de 12 Voltios, el secundario del transformador deberá tener una tensión en c.a. no menor a los 9 voltios, quedando este valor muy ajustado (recordar que el valor pico el el secundario es: Vp = 1.41 x Vrms = 1.41 x 9 = 12.69 Voltios).
Si se toman en cuenta las caídas de tensión 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 una tensión en el secundario de 12 voltios c.a.. Con esta tensión en c.a. se obtiene una tensión pico: Vp = 1.41 x 12 = 16.92 voltios.
- 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.)
- 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 tensión entregada por el rectificador y se descargan lentamente cuando la señal pulsante desaparece.
Ver el diagrama anterior y proceso de descarga de un condensador
- El regulador recibe la señal proveniente del filtro y entrega una tensión constante sin importar las variaciones en la carga o del voltaje de alimentación.
- Los transformadores se utilizan para disminuir o elevar voltajes de corriente alterna.
- Los rectificadores están formados por diodos y se utilizan el proceso de transformación de una señal de corriente alterna a corriente continua, permitiendo el paso o no de los semiciclos de ondas de corriente alterna.
- Los filtros, pueden ser de varios tipos y se utilizan para eliminar los componentes de C.A. no deseados.- Los reguladores son un grupo de elementos o un elemento electrónico
Regulador de tensión con diodo zener
Características, ejemplo de diseño
El Zener se puede utilizar para regular una fuente de tensión. Este semiconductor se fabrica en una amplia variedad de tensiones y potencias
Estas van desde menos de 2 voltios hasta varios cientos de voltios, y la potencia que pueden disipar va desde 0.25 watts (vatios) hasta 50 watts (vatios) o más.
La potencia que disipa un diodo zener es simplemente la multiplicación del voltaje para el que fue fabricado por la corriente que circula por el.
Pz = Vz x Iz
Esto significa que la máxima corriente que puede atravesar un diodo zener es:
Iz = Pz / Vz.
Donde:- Iz = Corriente que pasa por el diodo Zener- Pz = Potencia del diodo zener (dato del fabricante)- Vz = Tensión del diodo zener (dato del fabricante)
Ejemplo: La corriente máxima que un diodo zener de 10 Voltios y 50 Watts (vatios), podrá aguantar será: Iz = Pz / Vz = 50 / 10 = 5 Amperios
Cálculo de la resistencia limitadora Rs. (ver esquema del regulador con diodo zener)
El cálculo de la resistencia Rs está determinado por la corriente que pedirá la carga (lo que vamos a conectara a esta fuente).
Esta resistencia (resistor) se puede calcular con la siguiente fórmula:
Rs = [Venmin - Vz] / 1.1 x ILmáx
donde:- Ven (min): es el valor mínimo del voltaje de entrada. (acordarse que es una tensión no regulada y puede variar)- IL (max): es el valor de la máxima corriente que pedirá la carga.
Una vez que se obtuvo Rs, se obtiene la potencia máxima del diodo zener, con ayuda de la siguiente fórmula:
PD = [[ Venmin - Vz] / Rs - ILmin] x Vz
Ejemplo de un diseño:
Una fuente de 15 voltios debe alimentar una carga con 9 Voltios, que consume una corriente que varía entre 200 y 350 mA. (mili amperios). Se escoge un diodo zener de 9.1 voltios pues no hay de 9.
- Calculo de Rs: Rs = (15 - 9.1) / (1.1 x 0.35) = 15 ohmios (ohms)
- Cálculo de la potencia del diodo zener: PD = [ (15 - 9.1) / 15 ] x 9.1 = 3.58 watts o vatios.
Como no hay un diodo zener de 3.58 Vatios, se escoge uno de 5 vatios que es el más cercano
- Potencia de Rs: Un cálculo adicional es la potencia de la resistencia Rs. Este se hace con la fórmula: P = I2 x R.
Los datos actuales son: I (max) = 350 miliamperios = 0.35 amperios y Rs = 15 Ohmios (ohms)aplicando la fórmula, PRs = 0.352 x 15 = 1.84 Watts (vatios)Esto significa que a la hora de comprar esta resistencia (resistor) deberá ser de 2 Watts o más
