FUENTES DE ALIMENTACIÓN

5.0. APLICACIÓNES.

Sí, a veces no basta con rectificar una tensión alterna. El tratamiento de los diodos rectificadores se ve apoyado por otros diodos que, convenientemente configurados, pueden limitar y recortar tensiones. Además de esto vamos a ver cómo filtrar una señal con objeto de que se asimile lo más posible a una Corriente Continua.

La tensión alterna, o las señales alternas cualquiera que sea su tipo, se utilizan en electrónica tal cual o se tratan para adaptarse lo más posible al tipo y magnitud de la señal requerida. Para conseguir este fin los componentes electrónicos nos ofrecen diferentes posibilidades. Sólo tenemos que combinarlos de la forma adecuada y constituir así los circuitos de tratamiento que están ya inventados o, ¿por qué no?, inventar nosotros algún otro circuito. En la electrónica, como en el arte, todo es cuestión de imaginación e inventiva.

5.1. Filtros.

Bajo este escueto nombre se engloban un buen número de circuitos que tienden a adecuar una tensión alterna para, por ejemplo, utilizarla como alimentación continua de cualquier circuito. Los filtros de alimentación son sólo una de las aplicaciones de estos pero, debido a su utilidad y simplicidad, vamos a comenzar con ellos.

Los filtros se basan en la propiedad de almacenamiento de energía que ofrecen los componentes reactivos, esto es, los condensadores y las bobinas. Los tipos más sencillos y utilizados son los siguientes:

Filtro con condensador: Este tipo de filtros tan solo precisa de la colocación de un condensador de gran capacidad entre el diodo (o diodos) encargado de rectificar la Corriente Alterna y la salida de la misma hacia la carga (o circuito) a alimentar (R_c). En la ilustración correspondiente nos podemos hacer cargo de cómo se conecta este condensador.

Debido a las constantes de tiempo asociadas a las resistencias a través de las que se realizan las secuencias sucesivas de carga y descarga del condensador se obtiene una salida de forma bastante más "plana" que la señal que obtenemos en la salida de una etapa rectificadora.

Filtro en p : En la ilustración correspondiente podemos observar cómo se configura en la práctica un filtro de este tipo. Como vemos, la denominación "pi" se debe a la forma que se obtiene en el esquema que representa el citado filtro. La resistencia, junto al par de condensadores, muestra la mencionada "p ".

Su funcionamiento intenta proteger al diodo D de los posibles picos de intensidad debidos a una carga excesivamente brusca. Ahora se vuelve a filtrar la resistencia R y el condensador C₂ la señal obtenida ya en el tipo de filtro anterior, con lo que conseguimos atenuar aún más las oscilaciones de la tensión que llega a la carga (R_c).

5.2. Factor de rizado

La calidad de la señal, o tensión, continua que obtenemos después de hacer pasar una señal alterna por un circuito de filtro dependerá de la complejidad de éste. Podemos, por ejemplo, encadenar circuitos de filtro para conseguir mejores señales de salida (que lleven menos "rizado" sobre el componente de continua).

El valor que determina esta calidad se conoce como factor de rizado o, más simplemente, rizado. Si tenemos una tensión continua, cuyo valor llamamos V_DC, e incorpora sobre ella una tensión de rizado a cuyo valor pico a pico (así denominamos la medida de una tensión sinusoidal cuando nos referimos a la máxima distancia entre el pico superior y el inferior de la misma) llamamos V_AC, el valor del factor de rizado (F_r) será:

5.3. Circuitos limitadores

Los circuitos limitadores (o recortadores) hacen uso de los diodos pero de un modo distinto al que hemos estudiado desde el punto de vista de la rectificación. Desde una óptica práctica, podemos dividir a los recortadores en recortadores serie, recortadores paralelo y recortadores polarizados paralelo.

Recortador serie: La posibilidad de colocar el diodo serie en uno u otro sentido posibilita que "recortemos" semiciclos positivos o negativos.

Recortador paralelo: Este tipo de recortador varía la posición del diodo pero basa su operativa en similares premisas.

Recortador polarizado: Esta clase de recortados utiliza una segunda polarización en serie con el diodo paralelo recortador. Esto se traduce en que el límite de conducción se ve incrementado, mientras que el valor absoluto de V_P (segunda polarización) será mayor que el valor absoluto de la tensión alterna de entrada (V_AC). En la ilustración correspondiente vemos un recortador polarizado negativo y un recortador doble que utiliza dos polarizaciones contrarias sobre dos diodos (Va y Vb).

5.4. El diodo zener como regulador de tensión.

Al colocar un diodo tipo zener intercalado en un circuito la carga a alimentar (R_c) y el condensador de filtro (C_f), se origina una regulación real de tensión en la alimentación de la carga. Esto se debe a que estos diodos zener se fabrican de forma específica para que se comporten como un diodo normal si no se alcanza la tensión zener (ya comentada) y responden, con una elevada corriente ante pequeñas variaciones de tensión si trabajamos en esa zona.

La utilización de esta característica hace que el diodo realice una regulación de tensión.

Dicha tensión es indicada en la cápsula del mismo y viene prefijada de fábrica.

De todos modos el diodo necesita el concurso de una resistencia limitadora para configurar totalmente la etapa "reguladora". El cálculo de dicha resistencia es sencillo si aplicamos la fórmula siguiente:

Siendo:

V: Tensión en la salida del filtro (C_f)

V_Z: Tensión zener o tensión de salida

I_C: Corriente que circula por la carga.

I_Z: Corriente que circula por el zener

(I_Z = 20 % I_C)

Por ejemplo, si deseamos estabilizar a 12 V una tensión de entrada de 18 V y si la carga consume 100 mA tenemos que:

Si aplicamos la Ley de Ohm podemos deducir que la potencia de la resistencia y del diodo zener deberán ser de:

5.4. Dobladores de tensión.

Existe un método que hace uso de los diodos y del efecto capacidad a fin de duplicar (o triplicar, cuadriplicar, etc.) una tensión dada pero con el inconveniente de no poder manejar una intensidad elevada, es decir, se eleva la tensión pero solo se puede utilizar estas para consumos pequeños.

En la ilustración correspondiente, podemos ver un circuito doblador de tensión. Como vemos este circuito también hace uso de la propiedad de almacenamiento de energía de los condensadores así como del efecto de circulación en un solo sentido de que gozan los diodos.

Su funcionamiento comienza con la carga de C₁ a la tensión V_e cuando D₁ se polariza directamente, tal y como se ve en la gráfica, debido al semiciclo negativo de entrada. En el ciclo siguiente D₁ se polariza inversamente, D₂ lo hace de forma directa y así se obtiene la carga de C₂, pero esta vez la carga se hace a una tensión que es la suma de la almacenada en C₁ y la proporcionada por V_e, es decir, C₂ se carga a una tensión 2 x V_e ó, lo que es igual, en bornes de C₂ se obtiene una tensión doble a la de entrada del circuito.

Este tipo de circuitos se puede encadenar en cascada y lograr así, por ejemplo, triplicadores de tensión, los cuales son profusamente utilizados en la polarización de las pantallas de los televisores, pero... eso es ya otra historia.