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Fuentes de Alimentación

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Fuentes de Alimentación

  1. 1. Tecnología Electrónica Facultad de Ingeniería, Universidad de Deusto Fuentes de Alimentación
  2. 2. Tecnología Electrónica Bibliografía  Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino, McGraw-Hill.  Capítulo 4: Circuitos con Diodos  Capítulo 5: Diodos de Propósito Específico
  3. 3. Tecnología Electrónica 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
  4. 4. Tecnología Electrónica 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
  5. 5. Tecnología Electrónica 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
  6. 6. Tecnología Electrónica Fase de Transformación (continuación…)  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
  7. 7. Tecnología Electrónica Fase de Transformación (continuación…)  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)    
  8. 8. Tecnología Electrónica 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
  9. 9. Tecnología Electrónica 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
  10. 10. Tecnología Electrónica 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
  11. 11. Tecnología Electrónica Rectificador de Media Onda (continuación…)  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 
  12. 12. Tecnología Electrónica Rectificador de Media Onda (continuación…)  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)    
  13. 13. Tecnología Electrónica 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
  14. 14. Tecnología Electrónica 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
  15. 15. Tecnología Electrónica Rectificador de Onda Completa (continuación…)  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 
  16. 16. Tecnología Electrónica Rectificador de Onda Completa (continuación…)  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)       
  17. 17. Tecnología Electrónica  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
  18. 18. Tecnología Electrónica 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
  19. 19. Tecnología Electrónica Puente Rectificador (continuación…)  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.
  20. 20. Tecnología Electrónica Puente Rectificador (continuación…)  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.
  21. 21. Tecnología Electrónica 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
  22. 22. Tecnología Electrónica 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.
  23. 23. Tecnología Electrónica 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.
  24. 24. Tecnología Electrónica Filtro C (continuación…)  Rectificador de media onda  Rectificador de onda completa t VO VI V VD t VO VI V VD
  25. 25. Tecnología Electrónica Filtro C (continuación…)  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 
  26. 26. Tecnología Electrónica Filtro C (continuación…)  Ejercicio 4:  Calcular la tensión de rizado para el siguiente circuito rectificador:
  27. 27. Tecnología Electrónica 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  
  28. 28. Tecnología Electrónica 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  
  29. 29. Tecnología Electrónica 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
  30. 30. Tecnología Electrónica 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.
  31. 31. Tecnología Electrónica 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
  32. 32. Tecnología Electrónica 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.
  33. 33. Esta presentación está sujeta a la licencia de Reconocimiento de Creative Commons mediante la cual se permite la copia, la distribución, la comunicación pública y la generación de obras derivadas sin ninguna limitación siempre que se cite al autor y se mantenga el aviso de la licencia. © 2014, Jonathan Ruiz de Garibay Algunos derechos reservados

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