Fuente de Alimentacion para Radioaficionados Array Imprimir Array
Escrito por Guillermo H. Necco   

Hoy en dia, donde el radioaficionado generalmente utiliza equipos comerciales (VHF, HF o BC) sus ganas y entusiasmo por hacer cosas se limitan a construir una antena, un acoplador y muchas veces la fuente de alimentacion, constantemente me piden algun “planito” de alguna fuente que sea facil de hacer y que no lleve integrados pequeños, para poder asi armarla sin dificultad.

Bien, la fuente que aqui presento cumple con estos requisitos, puede manejar corrientes elevadas y la regulacion es muy buena. La primera que armamos sigue en funcionamiento como el primer dia (y esto fue hace ocho años).

Pero, no solamente quiero brindarles el circuito y un dibujo para poder guiarse en el montaje, sino que tambien comentare algo de la teoria de funcionamiento de estos dispositivos.

El primer elemento que encontramos es el transformador reductor de tension. La mayoria de los equipos funcionan a 12 Volts y la tension de red es de 220 Volts, por lo que es necesario reducirla con este transformador. Muchos radioaficionados utilizan transformadores de surplus o bobinan los propios.

La salida del transformador es de corriente alterna, por lo que es preciso rectificarla, o hacerla continua, esto se logra con un rectificador de onda completa, logrando entonces una corriente continua, pero pulsante. Para mantenerla en un nivel se utiliza un capacitor de filtro, que mantiene la carga entre hemiciclo y hemiciclo, para evitar un desagradable ruido de 100 hertz.

Figura 2

Vemos en la figura que el capacitor se carga al valor de pico y se descarga hasta el proximo hemiciclo. Esta diferencia entre el valor de pico y el valor de descarga hasta el nuevo hemiciclo se conoce como ripple, y es como un serruchito.

Mientras mas elevado sea el ripple, peor es la regulacion de la fuente.

Para atenuar el ripple podemos pensar con certeza en agregar mas capacidad, y es cierto, a mas capacidad, mas posibilidad de mantener la carga, pero… ¿cual es el valor correcto? ¿voy experimentando valores hasta encontrar uno que me satisfaga? No, mejor estudiemos el tema con detenimiento:

Tenemos que en un rectificador de onda completa (con cuatro diodos) el capacitor electrolitico se carga a un valor pico de:

Vp = (Vtransformador . √ 2) – 1.4

En este caso vemos que Vp es el valor de pico, Vtransformador es la tension alterna que nos entrega el transformador por la raiz cuadrada de 2 menos 1.4 que es la caida de tension en los diodos rectificadores.

Bien, supongamos que debemos hacer una fuente de 12V para una corriente de 5 Amper. ¿Cuanto ripple seria aceptable? Los diseñadores industriales sostienen que un ripple minimo aceptable es del 25%. Por lo tanto, si la tension en el momento de mayor descarga del capacitor es de 12V, la tension de pico debe se un 25% mayor, esto es de 15 Volts.

La formula para hallar la tension del transformador es entonces:

Vsec = (Vcc + Vripple + Vrect) / √2

En nuestro caso Vcc=12V, Vripple 3V y Vrect 1,4 V ( en cada diodo caen 0,7V)

Vemos ahora como elegir el capacitor adecuado para cumplir con estos valores. Recordemos que una de las formulas para la capacidad es:

C = ( ∂t ∕ ∂v) . I

Aqui tenemos que C es el valor de capacidad requerida en Farads. I es la maxima corriente de la carga (en nuestro caso 5 A) ∂t es el tiempo de carga del capacitor (10 ms) la inversa de 100Hz ∂v tension de ripple aceptable (en nuestro caso 3 Volt)

Poniendo en la formula nuestros valores tenemos que:

C= (5 . 0.01) / 3 = 0.016 Farads

O lo que es lo mismo: 16.000 μF

Recordemos que esta es la capacidad minima para que nuestra fuente funcione bien. Si ponemos un capacitor mas grande no es problema, al contrario.

Pero los que armaron este tipo de fuentes y le conectaron algun equipo de potencia (un autoestereo por ejemplo) habran notado que la regulacion es pobre y es evidente al subir el volumen un zumbido de fondo. La tension sobre la carga tambien fluctua, bajando al aumentar los requisitos de corriente.

Para eliminar estos inconvenientes se utiliza un regulador serie, que es un dispositivo que emplea un transistor de potencia entre la fuente y la carga como resistencia variable, de modo que la tension sobre la carga permanezca estable. El diagrama basico que muestra la figura consta de una referencia de tension (una tension totalmente estable) en una entrada de un comparador (un amplificador operacional por ejemplo) y la otra entrada toma una muestra de la tension de salida. La salida del comparador va a la base de un transistor de paso en serie con la carga.

Figura 3

Cuando la carga absorbe mucha corriente la tension sobre la misma tiende a bajar. La tension en la pata inversora del comparador se hace mas negativa, por lo que la tension en la base del transistor se hace mas positiva y deja pasar mas corriente, hasta equilibrarse al valor de tension prefijado. En este tipo de fuentes tenemos que sumar a la tension que deseamos obtener a la salida la caida de tension propia del regulador (drop out) que esta entre 3 y 5 Volt. Por lo tanto, si tenemos un regulador de 12V (un 7812 por ejemplo) la tension minima de entrada debe ser de 15 Volt.

Otro detalle a tener en cuenta es la disipacion de calor del regulador, dado que por el circula corriente y hay una caida de tension existe generacion de calor, cuya disipacion en Watts se calcula:

Dis = (Volts ent – Volts sal) . I

Un inconveniente muy grave de estas fuentes en equipos de radioaficionado es que, como vimos, para obtener buena regulacion hay que elevar la tension en la entrada del regulador. Algunas fuentes comerciales manejan hasta 24V en su entrada. Si por algun motivo (a veces la misma radiofrecuencia del transmisor) se pone en cortocircuito un transistor de paso en serie, los 24V van directamente al equipo, pasandolo a mejor vida en forma instantanea.

Figura 4

Para evitar este desastre se colocan sistemas de proteccion contra sobretensiones, conocidos como crowbar. Constan de un tiristor conectado a la entrada del regulador. El gate del tiristor esta conectado a la salida por medio de un diodo zener de valor un poco superior a la tension de trabajo. Funciona del siguiente modo: Supongamos una tension de trabajo de 12V. Utilizamos un zener de 15V, el cual estara inactivo mientras existan 12V en la entrada. Si se quema el regulador la tension de salida se elevara, el zener dejara pasar corriente excitando el gate del tiristor, el que a su vez se encendera, provocando un cortocircuito que quemara el fusible de entrada, por lo que el regulador quedara inactivo y el equipo no sufrira ninguna sobretension.

Figura 5

Para realizar un crowbar efectivo en una fuente de alta corriente es necesario contar con tiristores muy potentes, que suelen ser caros y dificiles de conseguir. En este circuito utilizamos transistores 2N 3055 que son encendidos por un pequeño TIC 106D, que es muy comun, barato y por sobre todo, muy sensible, dado que a veces los tiristores grandes son muy “duros”, tardando mucho tiempo en encenderse y poniendo en riesgo el equipo conectado a la fuente. En este crowbar los 2N 3055 no necesitan disipador de calor, dado que estan encendidos muy poco tiempo, el necesario para que se corte el fusible.

Figura 6

Los reguladores serie mas conocidos son los 78XX, que tienen tensiones fijas de trabajo. Es necesario conectarles lo mas cerca posible de la entrada y salida sendos capacitores de 0,1μF para evitar autooscilaciones indeseadas. Para lograr tensiones variables tenemos el LM 317, al cual, como vemos en la figura…podemos conectarle un preset para obtener diversas tensiones de salida. Si deseamos calcular R1 para obtener un valor fijo de tension podemos utilizar la siguiente formula provista por el fabricante:

Vsal = Vent – drop out Vsal = Vent – 3 V

R1 = ⌠ (Vsal / 1,25) - 1⌡ . R2

Ahora bien, estos reguladores son muy buenos, pero pueden soportar una corriente maxima de 1 Amper. ¿Como hago para aumentar su capacidad de corriente para alimentar un equipo de BC por ejemplo? Simple, le agregamos un transistor PNP de potencia como muestra la figura….

Figura 7

Para hacer una fuente de alimentacion de mediana potencia, buena regulacion y extremadamente sencilla recomiendo el siguiente circuito, que esta muy probado y no da mayores inconvenientes. Lleva un TIP 36 por cada 5 A de consumo. En el dibujo aparecen 2, pero no hay inconvenientes en poner hasta 4.

Figura 8

Para facilitar el armado de la misma proveo un dibujo explicativo. Recuerden aislar los transistores con respectivas micas. Si no tienen TIP 36 pueden utilizar cualquier transistor PNP de potencia, como el MJ 15002 o incluso el MJ 2955 solo si es de buena calidad pues tuve muchas malas experiencias con este tipo de transistores.

Figura 9

Bien, espero que se animen a construir este proyecto, que es muy util incluso como fuente variable para el taller de reparaciones.