Las fuentes de alimentación (Primer parte)

Las fuentes de alimentación

Introducción

La mayor parte de los circuitos electrónicos prácticos trabajan a partir de un voltaje de alimentación de CC.  Este último puede ser suministrado, por ejemplo, por una batería. Las baterías ofrecen varias ventajas, siendo la más importante su naturaleza portátil.. Sin embargo, existen situaciones en las cuales  el uso de baterías puede resultar muy costoso.  En estos casos, debe recurrirse al uso de fuentes de alimentación, las cuales operan desde la red pública de CA y proporcionan voltajes de CC más económicas, estables y potentes.

Una fuente de alimentación es esencialmente un convertidor de potencia de CA en potencia de CC, figura 13. Esto significa que reciben en su entrada una corriente o un voltaje CA y lo transforman, mediante procesos electrónicos, en una corriente o un voltaje de CC en su salida. La potencia de CA de entrada proviene generalmente de la red pública de 120V o 220V, mientras que la potencia de CC de salida alimenta la carga, donde se convierte en calor, movimiento, luz, señales eléctricas, etc.

Figura 13 La acción básica de una fuente de alimentación es la conversión de CA en CC

La mayor parte de las fuentes de alimentación utilizadas en los circuitos electrónicos son fuentes de voltaje, lo cual significa que proporcionan en su salida un voltaje de CC, constante o variable. También existen  fuentes de corriente, pero su uso se limita a situaciones muy especiales, figura 14. En esta lección nos referimos exclusivamente a las fuentes de alimentación que operan como fuentes de voltaje.

Figura 14 Símbolos comunes de fuentes de voltaje (a) y de corriente (b, c)

Idealmente, una fuente de alimentación debería entregar en su salida un voltaje de CC constante, independientemente de las variaciones del voltaje de CA de entrada y de la cantidad de corriente exigida por la carga. En la práctica siempre hay un límite a la máxima cantidad de corriente que puede entregar una fuente de alimentación. Así mismo, el voltaje de salida sólo es constante dentro de un cierto rango de variación del voltaje de entrada o de la corriente de carga.

Estructura de una fuente de alimentación

Una fuente de alimentación, en general, tiene la estructura mostrada en la figura 15. En este caso, el voltaje de CA de entrada, proveniente de la red pública, se aplica a un transformador, el cual se encarga de reducir su valor, por ejemplo, de 120V a 12V para adaptarlo a las necesidades de la carga, figura. Por tanto, el transformador actúa como un convertidor CA/CA. El voltaje de CA, obtenido a la salida del transformador, alimenta entonces un circuito rectificador, el cual se encarga de convertirlo en un voltaje de CC pulsante, figura. Este último, aunque ya tiene una polaridad +/- definida, presenta notables variaciones de amplitud, las cuales deben ser filtradas para conseguir un voltaje de CC uniforme, figura 15. Esta función la hace un filtro, conformado generalmente por uno o más condensadores.

Figura 15 Estructura básica de una fuente de alimentación. El regulador es característico de las fuentes regulables

Figura 16 Acción básica del transformador en una fuente de alimentación

Figura 17 Acción básica del rectificador en una fuente de alimentación.

Figura 18 Acción básica del filtro en una fuente de alimentación

El voltaje de salida del filtro puede aplicarse a la carga en forma directa o a través de un regulador. Este último es un circuito electrónico que se encarga de mantener constante el voltaje sobre la carga, independientemente de las variaciones en el voltaje de entrada o de la corriente demandada por la carga. Las fuentes provistas de regulador se denominan fuentes reguladas.

El elemento final de cualquier fuente de alimentación es la carga es decir el componente o circuito  que recibe la potencia de CC.

Tipos de fuentes de alimentación.

Las fuentes de alimentación pueden ser reguladas y no reguladas, dependiendo de si utilizan o no un elemento o circuito regulador de voltaje como parte de su estructura, figura 19. 

Figura 19 Comparación de una fuente regulada y una fuente no regulada

Fuentes de alimentación  no reguladas.

Una fuente de alimentación no regulada es una fuente que entrega como salida un voltaje de CC cuyo valor no es absolutamente constante, sino que varía dependiendo de los cambios en el voltaje de entrada o la corriente exigida por la carga. Esto se debe a que no utilizan elementos reguladores de voltaje. Por lo tanto, constan básicamente del transformador, el rectificador y el filtro, figura 20. Este tipo de fuentes se utilizan cuando las variaciones del voltaje de salida no son críticas.

Figura 20 Diagrama de bloques de una fuente de alimentación no regulada.

Las fuentes de alimentación no reguladas pueden ser de varias clases, dependiendo principalmente de la configuración del circuito rectificador. En esta lección examinaremos los siguientes tipos:

·         Fuentes con rectificador de media onda.

·         Fuentes con rectificador de onda completa.

·         Fuentes con rectificador de puente.

·         Fuentes con multiplicador de voltaje.

En la figura 21 se muestra el diagrama esquemático  completo de una fuente de alimentación no regulada práctica.

Figura 21 Fuente de alimentación no regulada completa

Referencia

• CEKIT, Curso Fácil de Electrónica Básica, Tomo 1, Lección 7.