Electrónica: conceptos, definiciones, leyes, teoremas

Normalmente se analiza la Ley de Ohm como una relación entre el voltaje, la corriente y el valor de un resistor

Una forma más completa de expresar la Ley de Ohm es incluyendo la fórmula depotencia eléctrica.

Si se utiliza la conocida fórmula de potencia (con unidad de watts o vatios): P = V x I,potencia = voltaje x corriente, y sus variantes: V = P / I e I = P / V, se obtienen ecuaciones adicionales.

Las nuevas ecuaciones permiten obtener los valores de potencia,voltaje, corriente y resistencia, con sólo dos de las cuatrovariables.

Despejando para P (potencia en watts o vatios) se obtiene:
P = V² / R, P = I² x R, P = V x I

Despejando para I (corriente en amperios) se obtiene:
I = V / R, I = P / V, I = (P / R)^1/2

Despejando para R (resistencia en ohmios) se obtiene:
R = V / I, R = V² / P, R = P / I²

Despejando para V (Voltaje en voltios) se obtiene:
V = (P x R)^1/2, V = P / I, V = I x R

En el diagrama a la derecha se muestra un resumen completo de las fórmulas, arreglado de manera que sea fácil su memorización.

Nota: La raiz cuadrada es igual a un paréntesis elevado a la 1/2.

Adaptador universal de AC-DC (CA - CC) con LM317

Esta fuente se basa en el regulador de voltaje LM317.
Este regulador tiene la característica sgte:Vo=1.25(1+R2/R1)+I_ajstxR2

Debido a que I_ajst (corriente de ajuste) es en el peor de los casos de 100uA (cien microamperios), se obvia de la fórmula. R1 debe tener un valor máximo de 240 ohm, para obtener la corriente de carga mínima 5mA (5 miliamperios que es la corriente mínima de carga).

Ahora la fórmula queda como sigue: Vo = 1.25 (1+R2/R1)

Módulo de 1.5V

R2 = 30 ohm (naranja,negro,negro,dorado)
R1 = 150 ohm (marrón,verde,marrón,dorado)

Con estos valores Vo es de 1.5 voltios.

Basados en este módulo de 1.5 v, se construye un buen sustituto delAdaptador Universal de AC-DC(CA-CC), que van desde 1.5v hasta 12v.

Al circuito le agregué la opción de 5v, que no viene en los adaptadoresuniversales de AC-DC.

Lista de materiales

C1 = 0.33 uF
C2 = 33 uF / 25 Volt., elect.
C3 = 100 uF / 25 Volt., elect.
D1,D2 = 1N4001

R1 = 150 ohm, 1%, 0.5 W.
R2, R5, R10 = 30 ohm, 1%, 0.5 W.
R3, R4, R7, R8 = 180 ohm, 1%, 0.5 W.
R6 = 120 ohm, 1%, 0.5 W.
R9 = 360 ohm, 1%, 0.5 W.

S1 = Switch de1 polo y 8 posiciones
Disipador de calor para el LM 317

Fuente de Alimentación

DR1, DR2 = 1N4002 (diodos rect.)
CF = 2200 uF / 35 Volt., elect. (filtro)
F1 = según voltaje del primario del transformador
SF = Switch 1 polo simple 250V, 10A
T1 = Transf. 15 - 0 - 15 voltios, 30 VA, 1 Amp.

Nota: Las resistencias pueden ser de 5%, si no encuentra de 1%

Los diodos D1 y D2 son opcionales, pero es recomendable colocarlos, ya que estos diodos son de protección, de las descargas de los condensadores C2 y C3, que puede ocurrir cuando CF esté a cero voltios (por alguna razón, como cortocircuito en el secundario u otra cosa que lleve a CF a 0v).

A veces es necesario poner en paralelo con C3 un condensador entre 0.1 uF a 0.01uF.

Restricciones: Cuando use la salida de voltaje de 1.5v, lacorriente no debe ser la máxima (1.5A), porque hay que tener en cuenta que, la diferencia de voltajes entre el voltaje deentrada y de salida, no debe superar los 10v, cuando la corriente de salida o carga es de 1.5A (Vin-Vout<=10v a 1.5A).

La potencia del LM317 es de 10v x 1.5A ó 15W. El voltaje deentrada menos el voltaje de salida debe no debe ser menor a 3v (Vin-Vout>=3v). Para más información sobre las características del LM317 ver su Hoja de datos.

Una fuente de voltaje variable con el LM317T es una fuente de voltaje ideal para personas que necesitan una salida de voltaje variable (1.5 V a 15.0 Voltios) con capacidad de entrega de corriente continua de hasta de 1.5 Amperios.

Si se utiliza el LM317 solo se obtienen 500 mA a la salida, suficiente para muchas aplicaciones, pero en este caso utilizamos elLM317T que porque puede entregar más corriente.

Este dispositivo tiene protección contra sobrecorrientes que evita el integrado se queme accidentalmentedebido a un corto circuito.

El voltaje de salida depende de la posición que tenga la patilla variable del potenciómetro de 5 KΩ (kilohmios), patilla que se conecta a la patilla de AJUSTE del integrado. (COM)

El transformador debe de tener un secundario con un voltaje lo suficientemente alto como para que la entrada al regulador IN se mantenga 3 voltios por encima de su salida OUT a plena carga, esto debido arequisitos de diseño del circuito integrado.

En este caso se espera obtener, a la salida, un máximo de 15.0 voltios lo que significa que a la entrada del integrado debe de haber por lo menos 18.0 Voltios.

Se puede poner un diodo entre los terminales de salida y entrada para proteger al regulador  de posibles voltajes en sentido opuesto.

Para obtener un voltaje de 18 voltios en la entrada IN se debe tener un transformador con un voltaje de: 18 voltios /1.41 = 12.77 Voltios a.c..

Normalmente se encuentran transformadores con un voltaje en el secundario de 12.6 voltios, lo que significa que el voltaje final máximo que se puede obtener con este regulador es el esperado.

Esto se hace debido a que cuando la fuente de voltaje se apaga, algunas veces el voltaje de salida se mantiene alto por más tiempo que el voltaje de entrada. Se pone el cátodo hacia la patita IN y el ánodo hacia la patita OUT

Un capacitor electrolítico de 100uF se coloca a la salida para mejorar la respuesta transitoria, y un capacitor de 0.1uF (no se encuentra en el diagrama) se recomienda colocar en la entrada del regulador si éste no se encuentra cerca del capacitorelectrolítico de 4,700uF.

Ver la configuración de patillas del LM317 en el diagrama.

Lista de componentes del circuito

- Circuitos integrados: 1 Regulador de voltaje LM317T
- Diodos: 1 puente de diodos de 2 amperios o más.
- Resistores: 1 de 220Ω / ohmios, 1 potenciómetro de 5KΩ / kilohmios(pot)
- Capacitores: 1 de 4,700uF, 25 Voltios, electrolítico. 1 de 100uF de 16 Voltios, electrolítico. 2 de 0.1uF
- Otros: 1 Transformador 120/240VCA a 12.6 VCA de 1.5 amp. en el secundario. 1 Fusible de 1.5 amperios para poner del lado del secundario.

Circuito impreso y visualización del proyecto

El circuito impreso (imagen superior) se visualiza desde el lado de los componentes. El transformador no se incluye en el mismo. Se recomienda su revisión antes de implementarlo.

 

Nota: La presentación del proyecto terminado es un estimado del resultado final.

Regulación con diodo Zener

Tener una fuente de voltaje sin untransformador, es posible. En el caso que se presenta tenemos una fuente que al final se regula con ayuda de un diodo zener.

Esto significa que esta fuente de voltaje podrá dar corriente en un rango limitado (habrá un máximo y un mínimo de corriente posibles)

Este circuito se diseña para alimentar un circuito específico y normalmente no se utiliza para cambiarle o modificarle la carga (circuito que se desea alimentar) debido a que, como se dijo antes, no permite grandes variaciones en la corriente que puede entregar.

El circuito consiste de:

- Un diodo zener (D3): que mantendrá el voltaje constante para la carga.
- Dos diodos semiconductores (D1 y D2) que se utilizan para rectificación y que conforman un rectificador de 1/2 onda.
- Un capacitor C2): que es el filtro básico para "aplanar" la salida que viene de los diodos (rectificación de 1/2 onda), antes de aplicarla al diodo zener.
- El resistor R2 y el capacitor C1: que en su conjunto sirven para reducir le voltaje de entrada (110 / 220 Voltios A.C., 50 / 60 Hertz) al nivel que sea aceptable para el diodo zener.

La caída de voltaje se da tanto en R2 como en el capacitor C1. En el capacitor C1 la caída de voltaje se debe a la reactancia capacitiva que tiene un valor que depende del valor del capacitor y de la frecuencia de la señal aplicada (50 o 60 Hz)

El diseño original fue hecho pensando en una fuente de voltaje conectado a 220 Voltios a 50 Hertz pero fue probado con 110 Voltios, 60 Hertz y funciona sin problemas. El resistor R1 se incluye para ayudar en el proceso de descarga cuando el circuito se desconecta.

Este circuito fue diseñado para entregar no más de 100 o 120 miliamperios, así que hay que respetar esa limitación. Tanto el circuito que se alimenta como esta fuente de voltaje se deben desconectar como una sola unidad (no se debe desconectar sólo el circuito que se alimenta.) Ver el gráfico anterior.

Nota: Precaución! Observar que el circuito está conectado directamente a la tensión de la red (110/220VAC), lo que significaque hay que tener un cuidado especial cuando se hacen las pruebas.

Lista de componentes para el circuito

- Semiconductores: 1 (D3) diodo zener de 4.7 a 5.6 Voltios, 2 (D1, D2) diodos rectificadores comunes de 400 Voltios / 25 amperios
- Resistores: R1 = 100 KΩ a 120 KΩ (kiloOhms), R2 = 33 Ohmios (Ohms), 3 watts o más.
- Capacitores: C1 = 2.2 uF 250 V., no polarizado, C2 = 220 a 1000 uF, electrolítico.