La fuente de alimentación estabilizada que se analiza a continuación es uno de los primeros dispositivos que ensamblan los radioaficionados novatos. Este es un dispositivo muy simple pero muy útil. Su montaje no requiere componentes costosos, que son bastante fáciles de seleccionar para un principiante en función de las características requeridas de la fuente de alimentación.
El material también será útil para quienes quieran comprender con más detalle el propósito y el cálculo de componentes de radio simples. Incluyendo, aprenderá en detalle sobre componentes de la fuente de alimentación como:
- transformador;
- puente de diodos;
- condensador de suavizado;
- Diodo Zener;
- resistencia para diodo zener;
- transistor;
- resistencia de carga;
- Diodo emisor de luz y una resistencia para ello.
El artículo también describe en detalle cómo seleccionar componentes de radio para su fuente de alimentación y qué hacer si no tiene la clasificación requerida. Se mostrará claramente el desarrollo de una placa de circuito impreso y se revelarán los matices de esta operación. Se dicen algunas palabras específicamente sobre la verificación de los componentes de la radio antes de soldarlos, así como sobre el ensamblaje del dispositivo y su prueba.
Circuito típico de una fuente de alimentación estabilizada.
Hoy en día existen muchos circuitos de alimentación diferentes con estabilización de voltaje. Pero una de las configuraciones más simples, con la que un principiante debería comenzar, se basa en solo dos componentes clave: un diodo zener y un potente transistor. Naturalmente, hay otros detalles en el diagrama, pero son auxiliares.
Los circuitos en radioelectrónica generalmente se desmontan en la dirección en la que fluye la corriente a través de ellos. En una fuente de alimentación regulada por voltaje, todo comienza con el transformador (TR1). Realiza varias funciones a la vez. En primer lugar, el transformador reduce la tensión de red. En segundo lugar, asegura el funcionamiento del circuito. En tercer lugar, alimenta el dispositivo que está conectado a la unidad.
Puente de diodos (BR1): diseñado para rectificar baja tensión de red. En otras palabras, entra un voltaje alterno y la salida es constante. Sin un puente de diodos, ni la fuente de alimentación en sí ni los dispositivos que se conectarán a ella funcionarán.
Se necesita un condensador electrolítico de suavizado (C1) para eliminar las ondulaciones presentes en la red doméstica. En la práctica, crean interferencias que afectan negativamente al funcionamiento de los aparatos eléctricos. Si, por ejemplo, tomamos un amplificador de audio alimentado desde una fuente de alimentación sin un condensador de suavizado, entonces estas mismas pulsaciones serán claramente audibles en los altavoces en forma de ruidos extraños. En otros dispositivos, las interferencias pueden provocar un funcionamiento incorrecto, mal funcionamiento y otros problemas.
El diodo Zener (D1) es un componente de la fuente de alimentación que estabiliza el nivel de voltaje.El hecho es que el transformador producirá los 12 V deseados (por ejemplo) sólo cuando en la toma de corriente haya exactamente 230 V. Sin embargo, en la práctica tales condiciones no existen. El voltaje puede subir o bajar. El transformador producirá lo mismo en la salida. Gracias a sus propiedades, el diodo zener ecualiza la baja tensión independientemente de las sobretensiones en la red. Para el correcto funcionamiento de este componente, se requiere una resistencia limitadora de corriente (R1). Se analiza con más detalle a continuación.
Transistor (Q1): necesario para amplificar la corriente. El hecho es que el diodo Zener no es capaz de pasar por sí mismo toda la corriente consumida por el dispositivo. Además, funcionará correctamente sólo en un rango determinado, por ejemplo, de 5 a 20 mA. Francamente, esto no es suficiente para alimentar ningún dispositivo. Este problema se resuelve mediante un potente transistor, cuya apertura y cierre está controlado por un diodo zener.
Condensador de suavizado (C2): diseñado para lo mismo que C1 descrito anteriormente. En los circuitos típicos de fuentes de alimentación estabilizadas también hay una resistencia de carga (R2). Es necesario para que el circuito permanezca operativo cuando no hay nada conectado a los terminales de salida.
Otros componentes pueden estar presentes en dichos circuitos. Este es un fusible que se coloca frente al transformador y Diodo emisor de luz, indicando que la unidad está encendida, condensadores de suavizado adicionales, otro transistor amplificador y un interruptor. Todos ellos complican el circuito, pero aumentan la funcionalidad del dispositivo.
Cálculo y selección de componentes radio para un suministro de energía sencillo.
El transformador se selecciona de acuerdo con dos criterios principales: voltaje y potencia del devanado secundario.Hay otros parámetros, pero dentro del material no son particularmente importantes. Si necesita una fuente de alimentación, digamos, 12 V, entonces el transformador debe seleccionarse de manera que se pueda quitar un poco más de su devanado secundario. Con el poder, todo es igual: lo tomamos con un pequeño margen.
El parámetro principal de un puente de diodos es la corriente máxima que puede pasar. Vale la pena centrarse primero en esta característica. Veamos ejemplos. El bloque se utilizará para alimentar un dispositivo que consume una corriente de 1 A. Esto significa que el puente de diodos debe tomarse a aproximadamente 1,5 A. Digamos que planea alimentar un dispositivo de 12 voltios con una potencia de 30 W. Esto significa que el consumo de corriente será de aproximadamente 2,5 A. En consecuencia, el puente de diodos debe tener al menos 3 A. Sus otras características (tensión máxima, etc.) pueden despreciarse en el marco de un circuito tan simple.
Además, vale la pena decir que no es necesario tomar un puente de diodos ya hecho, sino ensamblarlo a partir de cuatro diodos. En este caso, cada uno de ellos debe estar diseñado para la corriente que pasa por el circuito.
Para calcular la capacidad del condensador de alisamiento se utilizan fórmulas bastante complejas, que en este caso no sirven de nada. Por lo general, se toma una capacitancia de 1000-2200 uF, que será suficiente para una fuente de alimentación simple. Puede llevar un condensador más grande, pero esto aumentará significativamente el costo del producto. Otro parámetro importante es el voltaje máximo. Según él, el condensador se selecciona en función del voltaje que estará presente en el circuito.
Aquí vale la pena considerar que en el segmento entre el puente de diodos y el diodo Zener, después de encender el condensador de alisamiento, el voltaje será aproximadamente un 30% mayor que en los terminales del transformador.Es decir, si está realizando una fuente de alimentación de 12 V y el transformador produce 15 V con reserva, entonces en esta sección debido al funcionamiento del condensador de suavizado habrá aproximadamente 19,5 V. En consecuencia, debe estar diseñado para esto. voltaje (el valor estándar más cercano es 25 V).
El segundo condensador de suavizado del circuito (C2) generalmente se toma con una capacitancia pequeña, de 100 a 470 μF. El voltaje en esta sección del circuito ya estará estabilizado, por ejemplo, a un nivel de 12 V. En consecuencia, el condensador debe estar diseñado para esto (la clasificación estándar más cercana es 16 V).
Pero, ¿qué hacer si los condensadores de las capacidades requeridas no están disponibles y no quiere ir a la tienda (o simplemente no quiere comprarlos)? En este caso, es muy posible utilizar la conexión en paralelo de varios condensadores de menor capacidad. ¡Vale la pena considerar que el voltaje máximo de funcionamiento con dicha conexión no se sumará!
El diodo Zener se selecciona según el voltaje que necesitemos obtener en la salida de la fuente de alimentación. Si no hay un valor adecuado, puede conectar varias piezas en serie. Se sumará el voltaje estabilizado. Por ejemplo, tomemos una situación en la que necesitamos obtener 12 V, pero solo hay dos diodos zener disponibles de 6 V. Conectándolos en serie obtendremos el voltaje deseado. Vale la pena señalar que para obtener la calificación promedio, no funcionará conectar dos diodos Zener en paralelo.
Seleccionar la resistencia limitadora de corriente para un diodo Zener con la mayor precisión posible sólo es posible de forma experimental.Para hacer esto, se conecta una resistencia con un valor nominal de aproximadamente 1 kOhm a un circuito que ya funciona (por ejemplo, en una placa de pruebas), y se colocan un amperímetro y una resistencia variable entre él y el diodo zener en el circuito abierto. Después de encender el circuito, debe girar la perilla de resistencia variable hasta que la corriente de estabilización nominal requerida fluya a través de la sección del circuito (indicada en las características del diodo Zener).
El transistor amplificador se selecciona según dos criterios principales. En primer lugar, para el circuito considerado debe ser una estructura n-p-n. En segundo lugar, en las características del transistor existente es necesario tener en cuenta la corriente máxima del colector. Debe ser ligeramente mayor que la corriente máxima para la cual se diseñará la fuente de alimentación ensamblada.
La resistencia de carga en circuitos típicos se toma con un valor nominal de 1 kOhm a 10 kOhm. No debe tomar una resistencia menor, ya que si la fuente de alimentación no está cargada, fluirá demasiada corriente a través de esta resistencia y se quemará.
Diseño y fabricación de PCB.
Ahora veamos brevemente un ejemplo claro de cómo desarrollar y ensamblar una fuente de alimentación estabilizada con sus propias manos. En primer lugar, es necesario encontrar todos los componentes presentes en el circuito. Si no hay condensadores, resistencias o diodos Zener de las clasificaciones requeridas, salimos de la situación utilizando los métodos descritos anteriormente.
A continuación, necesitaremos diseñar y fabricar una placa de circuito impreso para nuestro dispositivo. Para los principiantes, lo mejor es utilizar software sencillo y, lo más importante, gratuito, como Sprint Layout.
Colocamos todos los componentes en la placa virtual según el circuito seleccionado. Optimizamos su ubicación y los ajustamos en función de las piezas específicas disponibles.En esta etapa, se recomienda verificar las dimensiones reales de los componentes y compararlas con las agregadas al circuito desarrollado. Preste especial atención a la polaridad de los condensadores electrolíticos, la ubicación de los terminales del transistor, el diodo zener y el puente de diodos.
Si desea agregar una señal a la fuente de alimentación Diodo emisor de luz, entonces se puede incluir en el circuito tanto antes como después del diodo zener (preferiblemente). Para seleccionar una resistencia limitadora de corriente, debe realizar el siguiente cálculo. Del voltaje de la sección del circuito, restamos la caída de voltaje en el LED y dividimos el resultado por la corriente nominal de su suministro. Ejemplo. En la zona a la que planeamos conectar la señal. Diodo emisor de luz, hay 12 V estabilizados. Caída de tensión para estándar LED aproximadamente 3 V y la corriente de suministro nominal es de 20 mA (0,02 A). Encontramos que la resistencia del resistor limitador de corriente es R = 450 ohmios.
Comprobación de componentes y montaje de la fuente de alimentación.
Después de desarrollar el tablero en el programa, lo transferimos a un laminado de fibra de vidrio, lo grabamos, estañamos las pistas y eliminamos el exceso de fundente.
Después de esto, instalamos los componentes de la radio. Aquí vale la pena decir que no estaría de más verificar inmediatamente su rendimiento, especialmente si no son nuevos. ¿Cómo y qué comprobar?
Los devanados del transformador se verifican con un óhmetro. Donde la resistencia es mayor es el devanado primario. A continuación, debe enchufarlo a la red y asegurarse de que produzca el voltaje reducido requerido. Tenga mucho cuidado al medirlo. También tenga en cuenta que el voltaje de salida es variable, por lo que el modo correspondiente se activa en el voltímetro.
Las resistencias se verifican con un óhmetro. El diodo Zener sólo debe “sonar” en una dirección. Comprobamos el puente de diodos según el diagrama.Los diodos integrados deben conducir la corriente en una sola dirección. Para probar condensadores necesitará un dispositivo especial para medir la capacitancia eléctrica. En un transistor n-p-n, la corriente debe fluir desde la base hasta el emisor y el colector. No debería fluir en otras direcciones.
Es mejor comenzar el montaje con piezas pequeñas: resistencias, diodo Zener, LED. Luego se sueldan los condensadores y el puente de diodos.
Preste especial atención al proceso de instalación de un potente transistor. Si confundes sus conclusiones, el circuito no funcionará. Además, este componente se calienta bastante bajo carga, por lo que debe instalarse en un radiador.
La parte más grande se instala al final: el transformador. A continuación, se suelda un enchufe con un cable a los terminales de su devanado primario. También se proporcionan cables en la salida de la fuente de alimentación.
Todo lo que queda es verificar minuciosamente la correcta instalación de todos los componentes, lavar el fundente restante y encender el suministro de energía a la red. Si todo se hace correctamente, el LED se iluminará y la salida multímetro mostrará el voltaje deseado.
