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¿Cómo funciona una fuente de voltaje? Una fuente de voltaje funciona como una batería, ambos proporcionan alimentación a un circuito electrónico, pero una fuente de voltaje convierte el voltaje alterno que se suministra en un toma corriente a un voltaje menor y continuo, y debido a que se encuentra conectada a un toma corriente una fuente de voltaje no se descarga en comparación de una batería, pero claro la fuente debe de estar siempre conectada. Para comprender el funcionamiento de la fuente de voltaje veremos que constan de varias etapas que son:
Sus especificaciones son las siguientes: Primario: 110-120 V AC Secundario con center tap, algunos transformadores lo tiene otros no, la diferencia reside en que podemos obtener 12VAC ó 24VAC en el secundario debido al center tap. Realizando la simulación en Livewire se observa en la siguiente imagen la disminución de voltaje de 120V a 12V. En la simulación se requirió el valor RMS que es el valor del voltaje en AC que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje, por lo tanto: Vpico=120V Vrms=Vpico * 0.707 = 120V *0.707= 84.84V
Etapa del Rectificado Aun en la etapa del transformador tenemos una tensión alterna pero con un valor mucho menor, la etapa del rectificado se encarga de convertir el voltaje alterno en directo por medio de diodos, específicamente por medio de un puente de diodos ó rectificador de onda completa. En la entrada del puente tenemos un voltaje alterno mientras que en su salida se tendrá un voltaje directo con polo positivo y otro negativo. Al ver la fotografía el transformador tiene en su salida 12V, ese voltaje es conocido como voltaje eficaz, y al medir con el multimetro estaremos midiendo el voltaje máximo ó voltaje pico, el cual viene dado por la siguiente ecuación: Vmax = V * 1.4142
Vmax = 12V * 1.4142 Vmax = 16.97 V Al ser este el voltaje aseguramos los 12V ya que todo componente por mínimo que sea consumirá voltaje, por ejemplo el rectificador está conformado por 4 diodos de silicio los cuales consumen 0.7V cada uno, haciendo la cuenta, al final tendremos 14.17V y aun así no baja de los 12V. Cuando el voltaje del secundario se encuentra en el semiciclo positivo los diodos D3 y D2 conducen, siendo el voltaje de salida del puente de diodos positiva igual que el secundario. Cuando el voltaje del secundario se encuentra en el lado negativo D1 y D4 conducen, de manera que se invierte el voltaje de entrada del secundario haciendo que el voltaje de salida del puente de diodos sea positiva nuevamente. Aquí ya tenemos un voltaje positivo pero que aun no es continuo, como se ve en la imagen siguiente.
Etapa del filtro Como se aprecia en la imagen anterior el voltaje aumenta de cero a un valor pico para luego descender nuevamente a cero, este tipo de voltaje no es el adecuado para los diferentes circuitos electrónicos ahora este voltaje debe ser continuo para obtener esto se emplea un filtro ó condensador que también es conocido como capacitor electrolítico. Cuando los diodos conducen el capacitor se carga al voltaje pico (Vmax), una vez que se rebasa el pico positivo el condensador se abre, ya que el capacitor tiene un voltaje Vmax en
sus extremos y el voltaje en el secundario del transformador es un poco menor que Vmax, el cátodo de los diodos esta a mas tensión que el ánodo, debido a esto el capacitor inicia su descarga por medio de la carga, en ese tiempo el diodo no conduce y el capacitor tiene que “mantener” y hacer que el voltaje de la carga no baje de Vmax. Cuando el voltaje sea menor que el del secundario del transformador el diodo volverá a conducir y asi carga nuevamente el capacitor, por lo que el voltaje queda de la siguiente manera:
Etapa Regulador El regulador de voltaje permite estabilizar el voltaje reduciendo el rizado y proporciona un voltaje continuo a la salida de un valor determinado, el más común es el regulador de 3 pines de encapsulado TO-220, para esta fuente se utilizo el LM317 para el voltaje positivo y el LM337 para el voltaje negativo. Ambos reguladores son de tensión ajustable capaz de suministrar 1.5A en un rango de 1.25 hasta 37 voltios, estos reguladores son los más usados en fuentes de voltaje básicas, estos poseen protección por sobrecarga. Encapsulado LM337T e identificación de pines
