Hoja de características del diodo
Antes teníamos:
Ahora tenemos alterna y nos interesa:
Fusibles
Hay que poner fusibles de protección en fuentes de alimentación. Se pueden poner en la malla del primario o del secundario ¿Donde es mejor?
Como es más barato el fusible de 1 A, lo mejor será poner el fusible en el primario.
¿Que valor de corriente interesa? En un transformador ideal, las corrientes están relacionadas por la fórmula:
Hay que tener cuidado porque se puede estropear por el calor. La formula anterior para ondas senoidales es:
Pero la onda que tenemos no es senoidal su forma es la siguiente:
Si se usara la fórmula anterior para calcular la intensidad, habría un 40 % de error, pero esto no es tan importante porque después de conseguir es valor, se suele añadir un margen mayor al fusible para que no falle. Así calcularemos para un valor mucho mayor del que nos salga con esa fórmula (Ejemplo: Si sale 0,167 A tomaremos un fusible de 0.25 A).
Entonces aplicaremos la fórmula. Para medir valores eficaces tenemos el amperímetro. Tomamos un amperímetro especial que solo mide valores eficaces de senoidales, un "Amperímetro de Verdadero Valor Eficaz", que se basa en muestreo, que es lo siguiente: coger un periodo y aplicarle la definición de valor eficaz.
Que es la suma de los cuadrados de la onda que va sacando, esto es una integral dividida entre el periodo y todo dentro de una raíz cuadrada, es la definición de valor eficaz.
Y se obtiene un valor para la corriente en el secundario de 1,5 A rms (en valor eficaz, root means square = raíz cuadrada de la media de los cuadrados). Si nos dicen que la relación de espiras es de 9 : 1, el valor eficaz de la intensidad por el primario vale:
Como se ha dicho anteriormente ahora hay que coger un valor mayor, por ejemplo se podría coger el de 0,25 A.
Entonces aplicaremos la fórmula. Para medir valores eficaces tenemos el amperímetro. Tomamos un amperímetro especial que solo mide valores eficaces de senoidales, un "Amperímetro de Verdadero Valor Eficaz", que se basa en muestreo, que es lo siguiente: coger un periodo y aplicarle la definición de valor eficaz.
Y se obtiene un valor para la corriente en el secundario de 1,5 A rms (en valor eficaz, root means square = raíz cuadrada de la media de los cuadrados). Si nos dicen que la relación de espiras es de 9 : 1, el valor eficaz de la intensidad por el primario vale:
Transformadores reales
Los transformadores son cuadrados de chapas de hierro colocados uno tras otro y arrollados por un hilo de cobre barnizado (aislado), tanto en el primario como en el secundario.
Los transformadores reales no son ideales, el conductor del bobinado (cobre) tiene una resistencia que produce pérdidas de potencia. Son perdidas de potencia debidas al calentamiento en el hilo, son las "Pérdidas en el Cobre".
El flujo magnético en las chapas crean unas "Pérdidas en el Hierro", que suelen ser perdidas por Histéresis y por Foucault.
Entonces de la red no se aprovecha todo. Lo ideal sería el 100 % de la red a la carga, pero existen esas pérdidas.
EJEMPLO: Transformador F25X: V1 = 115 V V2 = 12.6 V I1 = 1.5 A
Si se quita la carga, aumenta la tensión en el secundario, y no hay pérdidas en el secundario. Al final si se quiere conocer la corriente del primario se usa la ecuación:
Y para calcular la corriente del primario se usa la ecuación:
En este curso solo nos van a interesar los transformadores ideales que son los vistos anteriormente, pero es interesante tener en cuenta que los transformadores que compréis en la tienda son reales y no ideales.
Entonces de la red no se aprovecha todo. Lo ideal sería el 100 % de la red a la carga, pero existen esas pérdidas.
EJEMPLO: Transformador F25X: V1 = 115 V V2 = 12.6 V I1 = 1.5 A
Sugerencias para el diseño de fuentes de alimentación
Nos dicen que tenemos un rectificador de onda completa con una VL (VCCL = 9 V) y IL (ICCL = 1 A).
Primero se elige el rizado (VR), que se toma aproximadamente:
Una vez que se tiene el rizado se saca la capacidad:
Ahora hay que ver si es C < 1000 mF o C > 1000 mF para ver si se carga el C con uno o más ciclos.
Se calcula con un ohmetro el valor de la resistencia del bobinado secundario, y la rB se saca del catálogo, con los valores de IF y VF.
Se saca Ipico inicial = IFSM y se elige un diodo adecuado viendo en el catálogo. Después se elige un transformador, etc...
Suelen haber problemas en circuitos que absorben mucha corriente porque suele salir una capacidad muy grande.
Por se tendrá que coger mayor rizado como por ejemplo un 20 % para que no halla problemas.
El condensador se calienta, si la corriente por el condensador es muy grande se puede destruir el C. Para elegir el condensador se mide el verdadero valor eficaz con un amperímetro.
Finalmente se ve en el catálogo el valor, por ejemplo de 5000 mF, y tenemos varios condensadores que aguantan diferentes corrientes, y se elige uno.
Después de esto elegir un transformador ya no es tan problemático.
- Si C < 1000 mF el C se carga en 1 ciclo, en el transitorio inicial.
- Si C > 1000 mF el C se carga en más de 1 ciclo.
Suelen haber problemas en circuitos que absorben mucha corriente porque suele salir una capacidad muy grande.
El condensador se calienta, si la corriente por el condensador es muy grande se puede destruir el C. Para elegir el condensador se mide el verdadero valor eficaz con un amperímetro.
Después de esto elegir un transformador ya no es tan problemático.
Filtros RC y LC
Si se quiere disminuir el rizado se pueden utilizar cualquiera de esto cuatro elementos:
- Filtro RC.
- Filtro LC.
- Regulador con diodo zener.
- Regulador monolítico.
Los dos primeros no se usan. El regulador con diodo zener se dará en el siguiente tema y el regulador monolítico se verá más adelante.
Multiplicadores de tensión
Simulación
A veces hay cargas que necesitan una tensión muy alta y que absorben una corriente pequeña
EJEMPLO: Tubo de rayos catódicos (TV, monitor de ordenador, osciloscopio).
Entonces hay que elevar la tensión de la red. Primero se pone un transformador elevador con todos los diodos y condensadores que necesite.
Y tenemos un rizado casi nulo.
El mayor problema es que el transformador elevador sería muy voluminoso porque necesitaría muchas espiras, además el campo eléctrico sería grande, VIP del diodo también (VIP = 2Vpico = 2·933 = 1833 V en inversa), mucha tensión en el C, etc...
Por eso no se usa un transformador elevador sino que se utiliza un multiplicador de tensión. Hay varios tipos de multiplicadores de tensión, nosotros analizaremos estos cuatro:
Para comenzar a analizar este tipo de circuitos es interesante tener en cuenta este truco.
Truco: Empezar en el semiciclo (malla) donde se cargue un solo condensador.
Entonces nos queda de esta forma si ponemos la carga en C2:
La masa se coloca en la borna negativa del condensador
Y se carga C2 a 622 V. Y como se ve, si se conectan las bornas a C2, esto es un doblador de tensión. Como la corriente de descarga es pequeña, el C2 se descarga despacio con una constante de tiempo de valor:
Resumiendo tenemos:
Como es de 50 Hz se puede decir que es un "Doblador de tensión de media onda". Si cambiamos un poco el circuito tendremos otro ejemplo:
Doblador de tensión de onda completa
Quitamos la carga para analizarlo. Pulsar doblemente el la imagen para ver su comportamiento:
Como ya se ha dicho antes empezamos por donde halla un solo condensador.
Si representamos VL en función del tiempo.
Primero uno luego el otro, se van turnando los 2 condensadores, como cada uno es de 50 Hz los 2 a la vez son 100 Hz.
Este circuito tiene una ventaja respecto al anterior: El rizado es más pequeño. La desventaja radica en que no sabemos donde colocar la masa, en el caso anterior lo teníamos fácil, pero ahora si ponemos debajo de RL no hay ninguna borna de la red a masa.
Si conectamos una carga también a masa puede haber un cortocircuito. Hay que andar con cuidado al usar ese circuito.
Triplicador
Al de media onda se le añade algo.
El principio es idéntico: Semiciclo negativo se carga C1, semiciclo positivo se carga C2 a 622 V, semiciclo negativo se carga C3 a 622 V, 2 veces el pico.
Ahora elegimos las bornas para sacar:
Con esto se puede hacer un doblador y un triplicador dependiendo de donde se colocan las bornas. Y tenemos 933 V a la salida.
El truco consiste en que la cte de tiempo de descarga sea:
Y si a este circuito se le añade una etapa más (diodo y condensador) se convierte en un cuadriplicador.
Cuadriplicador
Es como los anteriores, y la tensión se toma como se ve en la figura:
Simulación
Aplicación: Estos circuitos que hemos visto sirven para conseguir unas tensiones grandes y por ello se pueden usar en los "Tubos de Rayos Catódicos".
Los electrones deben ser acelerados para chocar con la pantalla a una velocidad muy grande, se excita un electrón de fósforo y al volver cede energía en forma de luz. Para acelerar los electrones hace falta una tensión muy grande para que cojan velocidad.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/TEMA4.htm
A veces hay cargas que necesitan una tensión muy alta y que absorben una corriente pequeña
Entonces hay que elevar la tensión de la red. Primero se pone un transformador elevador con todos los diodos y condensadores que necesite.
El mayor problema es que el transformador elevador sería muy voluminoso porque necesitaría muchas espiras, además el campo eléctrico sería grande, VIP del diodo también (VIP = 2Vpico = 2·933 = 1833 V en inversa), mucha tensión en el C, etc...
Por eso no se usa un transformador elevador sino que se utiliza un multiplicador de tensión. Hay varios tipos de multiplicadores de tensión, nosotros analizaremos estos cuatro:
- El Doblador de tensión
- El Doblador de tensión de onda completa
- El Triplicador
- El Cuadriplicador
Truco: Empezar en el semiciclo (malla) donde se cargue un solo condensador.
Y se carga C2 a 622 V. Y como se ve, si se conectan las bornas a C2, esto es un doblador de tensión. Como la corriente de descarga es pequeña, el C2 se descarga despacio con una constante de tiempo de valor:
Quitamos la carga para analizarlo. Pulsar doblemente el la imagen para ver su comportamiento:
Este circuito tiene una ventaja respecto al anterior: El rizado es más pequeño. La desventaja radica en que no sabemos donde colocar la masa, en el caso anterior lo teníamos fácil, pero ahora si ponemos debajo de RL no hay ninguna borna de la red a masa.
Si conectamos una carga también a masa puede haber un cortocircuito. Hay que andar con cuidado al usar ese circuito.
Triplicador
El principio es idéntico: Semiciclo negativo se carga C1, semiciclo positivo se carga C2 a 622 V, semiciclo negativo se carga C3 a 622 V, 2 veces el pico.
Ahora elegimos las bornas para sacar:
El truco consiste en que la cte de tiempo de descarga sea:
Cuadriplicador
Es como los anteriores, y la tensión se toma como se ve en la figura:
Es un cuadriplicador de tensión de media onda.
Los diodos se suponen ideales (1ª Aproximación).
Solo hay que pulsar la tecla "Empezar" y comenzara el proceso de carga de los diodos en sucesivos circuitos equivalentes. Se puede observar si los diodos están en ON o en OFF, al igual que se ve el valor de la carga de los condensadores.
Si se pulsa el botón de "Pausa", el proceso se congelara hasta que pulsemos "Continua".
Aplicación: Estos circuitos que hemos visto sirven para conseguir unas tensiones grandes y por ello se pueden usar en los "Tubos de Rayos Catódicos".
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/TEMA4.htm
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