CIRCUITOS REGULADORES PARA FUENTES DE PODER

Por: Ramón Miranda, YY5RM ( ramon.miranda@hotmail.com )

Saludos Colegas. En la actualidad, muchos de nuestros equipos electrónicos usan Fuentes de Poder

Conmutadas, que entre tantas ventajas son de bajo peso y económicas. Contrario a esto, aún nos

conseguimos con equipos que usan Fuentes de Poder tradicionales, a transformador ( PS o Power

Suplay, en Ingles ). La intención del presente artículo, es que el lector adquiera los conocimientos

básicos para reparar, modificar, o recuperar, cualquier equipo electrónico, con daños en el Circuito

Regulador de la Fuente de Poder, o simplemente contribuir al conocimiento.

La figura anterior muestra un circuito de Fuente de Poder ( No Regulada ) con solo tres

componentes básicos: Transformador ( Puede ser de 390 V.A., 220 ó 120 Voltios AC en el

devanado primario y 16.2 Voltios AC en el secundario ), Puente Rectificador ( Se puede ensamblar

con cuatro Diodos Rectificadores, pero en este caso sugiero el ECG5340 que físicamente es un solo

componente electrónico y soporta corriente hasta 40 Amperios ) y Capacitor de 10.000uF ó más /

30 Volts D.C.

El Transformador: Básicamente está compuesto por un núcleo de hierro laminado en el que se

bobinan dos devanados ( Bobina primaria y bobina secundaria ), como su nombre lo indica,

transforma la amplitud del Voltaje AC ( Corriente Alterna ) de entrada, desde 120 ó 220 Voltios,

hasta 16,2 Voltios ( Preferiblemente entre 16 a 18 Voltios AC ). Valores que se pueden medir con

cualquier Voltímetro para A.C. convencional ( Sugiero complementar información, con el artículo “

Transformadores para Fuentes de Poder “ ).

Los Voltímetros para AC, solo miden Valores Eficaces ( RMS ) que equivalen al 70.9 % del valor pico

( Ejemplo: 16.2 Vrms = 22.84 Vp ) de la Corriente Alterna. En palabras sencillas, los valores RMS son

los equivalentes que tendría la A.C. sobre una carga, el mismo efecto, como si se aplicara Corriente

Continua pura ( Ejemplo: 16.2 Vrms en A.C. tiene el mismo efecto que 16.2 VDC pura ). El Valor

pico ( Vp ) se calcula multiplicando el Valor RMS, por raíz cuadrada de 2 ( 1,41 ), es decir que para

120 Vrms el Vp es 169,2 Voltios y para 16,2 Vrms será 22.84 Vp. La gráfica siguiente muestra

amplitudes típicamente usadas en Transformadores: Voltaje de primario en color azul y el Voltaje

en el secundario de color rojo:

Puente Rectificador: Debido a que el presente artículo está dedicado solo a la etapa

Reguladora de Voltaje en Fuentes de poder, omitiré las explicaciones de la Rectificación Onda

Completa y el Filtrado. La figura siguiente ( Derecha ) muestra la señal de Corriente Continua

Pulsante, obtenida en la salida del Puente Rectificador ( Sin conectar el Capacitor de filtrado ),

usando los mismos cuatro ciclos AC y Voltaje secundario de la gráfica anterior:

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

VO

LTA

JE

TIEMPO

4 CICLOS DE LA CORRIENTE ALTERNA, EN EL TRANSFORMADOR

0

10

20

30

VO

LTA

JE

TIEMPO

4 CICLOS AC, RECTIFICADOS EN MEDIA ONDA

0

10

20

30

VO

LTA

JE

TIEMPO

4 CICLOS AC, RECTIFICADOS EN ONDA COMPLETA

En palabras sencillas, la rectificación consiste en convertir

la AC ( Los bornes cambian de polaridad eléctrica 60 o 50

veces por segundo ) en DC pulsante ( Los bornes no

cambian de polaridad eléctrica, es decir el borne positivo

siempre será de polaridad positiva y el borne negativo

siempre será de polaridad negativa ). En la fotografía de

la derecha se muestran ejemplos de Puentes

Rectificadores ( A la izquierda el ECG5340 ):

Conectando el Capacitor: Al medir con Voltímetro los

diferentes niveles de tensión ( Voltajes ), se puede dar cuenta

que el Voltaje de salida aumenta un 29 % ( De

aproximadamente 16.2 Voltios a 22.84 Voltios DC ), al conectar

el condensador ( Capacitor ). Esto se debe a que dichos

Capacitores se cargan al Voltaje pico de la Corriente Continua

Pulsante, que es aproximadamente igual al Voltaje pico A.C. en

el secundario del Transformador.

A éste mismo circuito de Fuente de Poder no regulada ( Figura YY5RM al inicio del artículo ), si le

conectamos una resistencia de carga o cualquier consumo de corriente ( Bombillo, Motor,

solenoide, etc. ), se podrá dar cuenta que baja el Voltaje en el(los) Capacitor(es), en la misma

proporción en que se aumenta el consumos de corriente. Esto se debe al aumento de la

deformación que ofrece el rizado en la C.C., y los Voltímetros convencionales solo miden valores

promedios en D.C., por lo tanto solo se aprecia que baja el Voltaje y no lo que en realidad esta

sucediendo.

En el mercado, existen Multímetros digitales, especiales, que si miden valores RMS, picos y

promedios. También con la ayuda de un Osciloscopio se pueden ver en la pantalla, el rizado, las

formas de ondas y sus valores.

Regulación: Consiste en suministrar a la carga ( Equipos conectados a la Fuente de Poder ), una

D.C. lo más pura posible, con mínimo de deformaciones ( Sin rizado ) y nivel de Voltaje que no varíe

( Estable ), a cualquier requerimiento de corriente. En este tema, solo explicaré el implemento de

Diodos Zener, Transistores Convencionales y Circuitos Integrados Reguladores de Voltaje, para la

Regulación y los Transistores de Potencia como Amplificadores de Corriente.

Los Diodos de silicio convencionales ( Rectificadores ) atenúan aproximadamente 0.7 Voltios

cuando conducen corriente ( En sentido directo de la corriente eléctrica ), mientras que en

contrasentido ( Conectado al revés ), bloquean el paso de la misma, atenuando todo el Voltaje

aplicado en el circuito. Los Diodos Zener igualmente atenúan aproximadamente 0.7 Voltios en

sentido directo, pero en sentido inverso ( Contrasentido ), conducen corriente ( Corriente de Zener

) cuando el nivel del Voltaje aplicado, supera el valor establecido por los fabricantes de

componentes electrónicos ( Voltaje de Zener ). Este Voltaje atenuado por el Zener, siempre será el

mismo, constante y estable ( La estabilidad puede variar un poco, con cambios de temperatura o al

someterlos a altas corrientes ). Por lo general, en circuitos de Fuentes de Poder, los Zener no

requieren ser de mucha potencia ( Expresado en Watt, en manuales de reemplazo ) y se conectan

en serie con una resistencia que le limite la corriente, en aproximadamente 10 miliamperios (

Suficiente para atenuar el Voltaje de Zener ).

Si desea comprar, o adquirir Diodos Zener para realizar experimentos, le sugiero:

Para 5.1 Voltio : ECG 5010A ( ½ Watt ), ECG 50135A ( 1 Watt ).

Para 10 Voltios : ECG 5019A ( ½ Watt ), ECG 50140A ( 1 Watt ).

Para 15 Voltios : ECG 5024A ( ½ Watt ), ECG 50145A ( 1 Watt ).

Al conectar cualquiera de estos Diodos Zener, en serie a una resistencia de un Kilo-ohmio ( Bandas

de colores : marrón, negro, rojo, la cuarta banda puede ser color dorada o plata ) y se le aplican

Voltajes que varíen, entre 18 a 30 Voltios DC, se notará que en el Zener se atenúa un Voltaje que se

mantiene fijo, mientras que en la resistencia se atenúa el resto del Voltaje aplicado.

El circuito de la figura anterior ( Dibujado ) muestra un ejemplo de alimentación, con entrada y

salida para 12 Voltios DC. La salida de + 5 Voltios DC se realiza con regulación por Diopdo Zener y

solo puede trabajar a pequeños requerimientos de corrientes.

Los Transistores convencionales, son componentes semiconductores muy complejos ( Si deseas

más información, por internet, o bibliografías, puedes obtenerla ), de tres electrodos ( Base,

Colector y Emisor ), de tipo P-N-P o N-P-N, construidos en Silicio o Germanio y que dependiendo

del circuito como se conecte, pueden funcionar como

interruptor, regulador, amplificador, adaptador de impedancias,

oscilador, relevador, etc. La fotografía de la derecha muestra

varios ejemplos de Transistores convencionales de bajas

potencias. En lo sucesivo usaré Transistores de silicio, como

Amplificador de Corriente, a continuación trataré de explicar

en forma sencilla y lo más resumido posible, los conocimientos

básicos y los parámetros aplicados en Fuentes de Poder:

*La amplificación depende de un parámetro llamado Ganancia ( Beta, o hfe en algunos manuales

de reemplazo ) y en este caso será la relación entre la Corriente de Base y Corriente de Colector.

Ejemplo: Si la ganancia es 100, cuando circula una corriente de 10 Amperios en el Colector, en la

Base circula 0,1 Amperio.

*La Corriente de Emisor es la sumatoria de la Corriente de Base y la Corriente de Colector, es decir,

para el ejemplo anterior, la corriente de Emisor es: 10 amperios más 0,1 Amperio = 1,1 Amperio.

*Si el Transistor es de silicio, entre Base y Emisor, siempre se atenúan 0,7 Voltios ( Voltaje Base-

Emisor ). Esto quiere decir que el Voltaje en el Emisor, es el mismo que se aplica en la Base, menos

0,7 Voltios. Ejemplo: Si en la Base aplicamos 14 Voltios, entonces en el Emisor habrá 13,3 Voltios.

*La carga ( Consumo, en la salida del Regulador ), se conecta en serie, al Colector y Emisor del (los)

Transistor(es) Regulador(es), si el Voltaje en esta carga es fijo, entonces el excedente del Voltaje

aplicado, se atenuará entre Colector y Emisor ( Voltaje Colector-Emisor ) del (los) Transistor(es).

Ejemplo: En un Circuito Regulador, con entrada 25 VDC., y salida 13.7 VDC., entre Colector y Emisor

se atenúa 11.3 Voltios, pero si bajamos el nivel de entrada a 22 Voltios, entonces el Voltaje

Colector-Emisor bajará a 8.3 Voltios, es decir que entre Colector-Emisor se atenúa el excedente del

Voltaje y sus deformaciones ( Rizado, variaciones y algunos ruidos ).

Conociendo estos parámetros, podemos analizar el siguiente Circuito Regulador, tomando en

cuenta que se alimenta desde una Fuente de Poder no Regulada ( En este caso 25 Voltios DC, puede

funcionar perfectamente, desde 20 %, hasta 100 % del Voltaje de Zener ):

*En el circuito serie, conformado por la

resistencia R1 y el Diodo Zener ( DZ1 ), se hace

circular una pequeña corriente ( Puede ser 10

miliamperios ) suficiente para atenuar el Voltaje

de Zener ( 15 VDC ), el resto del Voltaje aplicado

( 25 VDC, desde el Capacitor de Filtrado C1 ), se

atenuará en la resistencia R1 ( Restamos 25 VDC,

menos 15 VDC = 10 Voltios ). Procedemos a

realizar el cálculo de R1, aplicando la Ley de

Ohm, donde R = V / I ( V = Voltaje en la resistencia R1, I = Corriente en la resistencia R1, que es la

misma que circula por el Diodo Zener DZ1 ). Entonces R1 = 10 Voltios, dividido entre 10

miliamperios, el resultado será en Kilohmios y es 1 kohm.

*Este Voltaje de Zener, será fijo ( 15 VDC ) y se aplicará a la Base del Transistor Q1. En el Colector

de éste, se aplican los mismos 25 VDC suministrados desde el Capacitor de Filtrado de la Fuente de

Poder. El Voltaje en el Emisor será el mismo de la Base, menos 0.7 Voltios, ( Que es el atenuado

entre Base – Emisor ). Por lo tanto en la resistencia R2 habrán 14.3 Voltios. Este proceso se realiza

para amplificar la Corriente ( En circuitos de baja y mediana potencia ) del circuito Zener.

*El Capacitor C2, se carga al Voltaje de Zener, suaviza el arranque de la Fuente de Poder y elimina

ruidos producto del rizado, o cualquier otra situación.

*El valor de la resistencia R2, no es crítico, solo es una pequeña carga y se usa para generar una

corriente suficiente para polarizar el Transistor ( Puede ser igual, o aproximado a 1 Kilohmio, de

manera que la Corriente de Emisor sea aproximadamente 10 miliamperios, cuando no se conecte

carga al circuito regulador ).

*Para que este mismo circuito Regulador, sea de Voltaje Variable, conectamos un potenciómetro (

Puede ser lineal, de 1 kilohmio ), en paralelo al Diodo Zener, de manera que se alimente un rango

de Voltaje ( De 0 a 15 Voltios en este caso ), en la Base del Transistor Q1. El detalle se puede

observar en la figura siguiente ( Izquierda ). Toda la explicación antes descrita, pertenece a

Circuitos Reguladores Positivos ( La regulación se realiza en el polo positivo y la masa, o polo

común, es el negativo de la Fuente de Poder ), en la otra figura ( Derecha ), se muestra el circuito

equivalente para la Regulación Negativa ( Se regula el polo negativo y el polo común, es el positivo

de la Fuente de Poder ), en este caso el Transistor Q1 es tipo P-N-P.

Los Circuitos Integrados Reguladores de Voltaje, son componentes

electrónicos, en los cuales se encapsula un circuito completo de regulación,

el Voltaje de salida viene establecido por el fabricante de componentes

electrónicos y soportan trabajar a potencias moderadas ( Por lo general

suministran máximo 1 Amperio ). Los hay de varios tipos, por ejemplo: Reguladores de Voltaje;

Variables, Fijos, Positivos, Negativos, etc. Generalmente tienen tres electrodos ( Terminales )

llamados : entrada ( Imput ), salida ( Output ) y común o referencia ( Comun ). Hay que estar

pendiente de los terminales en los Reguladores de Voltajes Negativos, “ aunque sea igual el

encapsulado, generalmente no es igual la distribución en dichos terminales “.

Las series más usadas y fáciles de identificar en cualquier circuitería, son las 78xx y 79xx. Ejemplo:

LM7805 ( 5 VDC ), LM7906 (- 6 VDC ), LM7812 ( 12 VDC ), LM7915 (- 15 VDC ), etc. Las primeras dos

letras de esta nomenclatura, indican el código del fabricante ( Ejemplo: MC = Motorola, muy usado

en equipos de radio ), seguido del número que indican las series 78 ( Regulador Positivo ) y serie 79

( Regulador Negativo ), seguidamente se indica el Voltaje de

salida de los mismos ( Ejemplos: MC7824 = Regulador de 24

Voltios DC, fabricado por Motorola, ó MC7905 = Regulador de

-5 Voltios DC, fabricado por Motorola ). En los manuales de

reemplazo Silvania ( ECG ) y Texas Instruments ( NTE ) se

pueden ubicar con la numeración 9XX, ejemplos: ECG960 ó

NTE960 ( +5VDC ), ECG961 ó NTE961 ( -5VDC ), ECG966 ó

NTE966 ( +12 VDC ), ECG967 ó NTE967 ( -12 VDC ), etc.

Otra serie de mejores características de estabilización, temperatura extrema, protección contra

cortocircuitos, limitador de corriente, etc., es la 340. Ejemplos : LM340T5 ( 5 Voltios ), LM340T15 (

15 Voltios ), LM340T9 ( 9 Voltios ).

El Voltaje máximo de entrada ( Imput ) es 48 voltios DC, el voltaje de salida ( Output ), es el

establecido por el fabricante, siempre y cuando el electrodo común esté conectado a masa ( Cero

Voltios, o polo común del circuito ). Si se coloca un nivel de Voltaje en el electrodo común, este se

sumará al voltaje de salida en el electrodo Output ( Ejemplo : Si conectamos un Diodo Zener de 10

Voltios, en el electrodo común de un Regulador de 7805, el Voltaje de salida será 15 Voltios. Otro

ejemplo : Si conectamos en serie dos diodos rectificadores de silicio, en el electrodo común de un

regulador 7812, el Voltaje de salida será 13.4 voltios, debido a que cada diodo atenúa 0.7 Voltios.

La Potencia máxima, suministrada por cualquiera de los Reguladores antes descritos, se puede

considerar baja, en nuestro caso, se requieren entre moderadas y altas Potencias, con corrientes en

el orden de los 10 Amperios o más. Para solventar esto, se usan los Transistores de Potencia, que

son los encargados de amplificar la Corriente que puede soportar el circuito regulador de las

Fuentes de Poder, PS.

Transistor de Potencia:

Los Transistores de Potencias manejan los mismos parámetros y

cálculos que los Convencionales, con la diferencia que su

construcción es robusta, para que puedan soportar las altas

corrientes y temperaturas extremas ( Permiten montaje en

Disipadores de Calor ), estos Transistores se conectan en serie a la

carga y dependiendo de ésta, se colocan en paralelo, dos o más

Transistores de Potencia.

La cantidad de calor producida en el proceso de regulación, depende de la cantidad de Corriente de

Colector ( O de Emisor, en nuestro caso ) además del Voltaje que se debe atenuar entre Colector –

Emisor, “por esta razón al diseñar Fuentes de Poder, recomiendo no usar Transformador con

Voltaje de secundario, mayores al requerido”.

Existen arreglos de transistores, encapsulados en un mismo componente, reciben el nombre de

Transistores Darlington, tienen mayor ganancia y los recomiendo para estas Fuentes de Poder.

Basta con colocar cualquier Circuito Regulador, en la Base del(los) Transistor(es) de Potencia, en las

gráficas siguientes, puedes observar los detalles ( En el caso del Circuito Integrado Regulador, se

agregó un potenciómetro para obtener Voltajes Variables ). Sugiero usar pequeño Breaker o Fusible

en la entrada del Circuito Regulador, debido a que en este artículo no explico el sistema de

protección contra cortocircuitos.

Los tipos de Transistores a usar en estos Circuitos, no son críticos. Se puede ensayar con cualquier

Transistor N-P-N, de Silicio, robusto, para alta Corriente de Colector, altas potencias y con buen

disipador ( Ejemplos: 2N3055, MJ11032, TIP142, ECG181, etc. ) y que tengas disponible.

Igualmente para el de baja potencia, se puede usar cualquiera N-P-N que tengas disponible.

En ambos casos, no se deberían usar transistores para Radiofrecuencia, ni para altos Voltajes (

Ejemplo: Los de salida horizontal en TV, Amplificadores Final de RF ).

Para el segundo caso, se pueden colocar dos, ó más Transistores de Potencia, en paralelo, para

aumentar la capacidad de suministro de Corriente.

Se puede colocar una resistencia de 150 a 220 ohmios y de 2 vatios, en paralelo a la salida ( No

necesaria ), esto con el fin de mantener una pequeña corriente que mantenga polarizados sus

componentes.

Notas:

El presente es la corrección del artículo original, próximamente se completará con aportes, mayor

información sobre Fuentes de Poder, circuiterías y componentes auxiliares.

Éste y otros artículos que he escrito, se pueden descargar en www.qrz.com , colocando mis siglas

de radioaficionado ( YY5RM ) en el buscador, o directamente con el enlace:

http://www.qrz.com/db/YY5RM .

Ramón Miranda.

( Actualizado el 23 – 12 – 2012 )