Fuentes de alimentación
¿ Que ocurre cuando se quiere alimentar un aparato cualquiera ?
VL tiene que ser continua en la mayoría de los casos, por eso se alimenta en continua, un circuito típico sería algo así:
En medio del circuito tenemos transistores para amplificar, etc...Pero al final se tiene que alimentar en continua.
Lo más fácil sería alimentar con pilas, pero esto es caro por esa razón hay que construir algo que nos de energía más barata, esto es, una Fuente de Alimentación que coge 220 V del enchufe y transforma la alterna en continua a la salida.
Tenemos que diseñar la Fuente de Alimentación. Partimos de una senoidal del enchufe.
El periodo T, si tenemos 220 V y 50 Hz:
1º tenemos que reducir de 311 V a 12 V en continua, esto es, primero necesitamos un transformador que reduzca la tensión.
Lo más fácil sería alimentar con pilas, pero esto es caro por esa razón hay que construir algo que nos de energía más barata, esto es, una Fuente de Alimentación que coge 220 V del enchufe y transforma la alterna en continua a la salida.
El transformador de entrada
La tensión de la red es demasiado elevada para la mayor parte de los dispositivos empleados en circuitos electrónicos, por ello generalmente se usan un transformador en casi todos circuitos electrónicos. Este transformador reduce la tensión a niveles inferiores, más adecuados para su uso en dispositivos como diodos y transistores.
Un transformador es un conjunto de chapas de hierro muy juntas que tienen dos arrollamientos, uno a cada lado del conglomerado de chapas de hierro.
Nosotros para trabajar sobre el papel usaremos esta simbología:
La bobina izquierda se llama "Arrollamiento Primario" y la derecha se llama "arrollamiento secundario". El número de vueltas en el arrollamiento primario es N1 y el del arrollamiento secundario N2.Las rayas verticales entre los arrollamientos primario y secundario indican que el conductor está enrollado alrededor de un núcleo de hierro.
La relación entre el número de vueltas y la tensión es:
Transformador elevadorCuando el arrollamiento secundario tiene más vueltas que el arrollamiento primario (N2 > N1), la tensión del secundario es superior a la del primario (V2>V1), es decir, N2 : N1 es mayor que 1 (N2 : N1 > 1). Por lo tanto si N2 tiene el triple de vueltas que N1, la tensión en el secundario será el triple que la tensión en el primario.
A la vez que elevador de tensión este transformador es "Reductor de Corriente".
Transformador reductorCuando el arrollamiento secundario tiene menos vueltas que el arrollamiento primario (N2 < N1), se induce una tensión menor en el secundario de la que hay en el primario. En este caso N2 : N1 sería menor que 1 (N2 : N1 < 1).
EJEMPLO:
Por cada 9 espiras en N1 hay 1 espira en N2.
Esta formula se cumple para V1 y V2 eficaces. Como se ha visto, ha habido una reducción muy grande.
A este tipo de transformador se le llama "Transformador Reductor" (de tensión se entiende). A la vez que reductor es elevador de corriente también.
Efecto sobre la corrienteEn la figura siguiente se puede ver una resistencia de carga conectada al arrollamiento secundario, esto es, el transformador en carga
A causa de la tensión inducida en el arrollamiento secundario, a través de la carga circula una corriente. Si el transformador es ideal (K = 1 y no hay perdidas de potencia en el arrollamiento y en el núcleo), la potencia de entrada es igual a la potencia de salida:
Si aplicamos esta ecuación:
Por lo tanto nos quedaría:
Y al final tenemos esta ecuación:
Un transformador es un conjunto de chapas de hierro muy juntas que tienen dos arrollamientos, uno a cada lado del conglomerado de chapas de hierro.
La relación entre el número de vueltas y la tensión es:
EJEMPLO:
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Rectificador de media onda
Este es el circuito más simple que puede convertir corriente alterna en corriente continua. Este rectificador lo podemos ver representado en la siguiente figura:
Las gráficas que más nos interesan son:
Lo que tenemos ahora es una onda periódica, y toda onda periódica se puede descomponer en "Series de Fourier".
Lo ideal sería que solo tuviésemos la componente continua, esto es, solo la primera componente de la onda que tenemos.
El valor medio de esa onda lo calcularíamos colocando un voltímetro en la RL, si lo calculamos matemáticamente sería:
Y este sería el valor medio que marcaría el voltímetro. Como hemos visto tenemos que eliminar las componentes alternas de las componentes de Fourier. En estos caso hemos usaremos la 1ª aproximación o la 2ª aproximación.
Por último diremos que este circuito es un rectificador porque "Rectifica" o corta la onda que teníamos antes, la recorta en este caso dejándonos solo con la parte positiva de la onda de entrada.
Simulación
 | Durante el semiciclo positivo de la tensión del primario, el bobinado secundario tiene una media onda positiva de tensión entre sus extremos. Este aspecto supone que el diodo se encuentra en polarización directa. Sin embargo durante el semiciclo negativo de la tensión en el primario, el arrollamiento secundario presenta una onda sinusoidal negativa. Por tanto, el diodo se encuentra polarizado en inversa. La onda que más interesa es VL, que es la que alimenta a RL. Pero es una tensión que no tiene partes negativas, es una "Tensión Continua Pulsante", y nosotros necesitamos una "Tensión Continua Constante". Analizaremos las diferencias de lo que tenemos con lo que queremos conseguir. |
El valor medio de esa onda lo calcularíamos colocando un voltímetro en la RL, si lo calculamos matemáticamente sería:
Por último diremos que este circuito es un rectificador porque "Rectifica" o corta la onda que teníamos antes, la recorta en este caso dejándonos solo con la parte positiva de la onda de entrada.
Simulación
Es un simulador de un rectificador de media onda con un diodo.
En el apartado Datos podemos introducir los valores de la tensión de entrada, la relación de espiras, la frecuencia y la resistencia de carga. En los apartados "Aproximación y Tipo" elegimos el tipo de diodos que queremos para la simulación.
Cada vez que metamos nuevos datos, tenemos que pulsar la tecla "Calcular" para ver los nuevos resultados.
También se puede variar la escala del eje X y del eje Y, al igual que se haría en un osciloscopio.
Para ver el tipo de señal que hay en cada punto del circuito, elegimos en el área "Ver Gráficas".
Rectificador de onda completa con 2 diodos
La siguiente figura muestra un rectificador de onda completa con 2 diodos:
Debido a la conexión en el centro del devanado secundario, el circuito es equivalente a dos rectificadores de media onda.
Aplicamos Fourier como antes.
Ahora la frecuencia es el doble que la de antes y el pico la mitad del anterior caso. Así la frecuencia de la onda de salida es 2 veces la frecuencia de entrada.
Y el valor medio sale:
Simulación
 | El rectificador superior funciona con el semiciclo positivo de la tensión en el secundario, mientras que el rectificador inferior funciona con el semiciclo negativo de tensión en el secundario.Es decir, D1 conduce durante el semiciclo positivo y D2 conduce durante el semiciclo negativo. Así pues la corriente en la carga rectificada circula durante los dos semiciclos. En este circuito la tensión de carga VL, como en el caso anterior, se medirá en la resistencia RL. |
Es un simulador de un rectificador de onda completa con dos diodos. En el apartado Datos podemos introducir los valores de la tensión de entrada, la relación de espiras, la frecuencia y la resistencia de carga.
En los apartados "Aproximación y Tipo" elegimos el tipo de diodos que queremos para la simulación.
Cada vez que metamos nuevos datos, tenemos que pulsar la tecla "Calcular" para ver los nuevos resultados.
También se puede variar la escala del eje X y del eje Y, al igual que se haría en un osciloscopio.
Para ver el tipo de señal que hay en cada punto, elegimos en el área "Ver Gráficas".
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