FUENTE-GUIA2004

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE 
ESCUELA DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA 
 
LABORATORIO DE CIRCUITOS IEE2172 
EXPERIENCIA: CONSTRUCCIÓN DE UNA FUENTE CONTINUA 
 
Introducción 
El objetivo de esta experiencia es introducir al alumno al diseño de circuitos, a la 
confección de una PCB (Printed Circuit Boad: placa impresa del circuito) y además, de 
construir una fuente que va a servir para utilizar en los prototipos de circuitos que hagan en 
los laboratorios y en sus aplicaciones de tipo doméstico y pre-profesional. 
Para lograr este objetivo, se diseñará una fuente de poder muy simple, de no muy 
alta potencia, que sin embargo, es muy robusta (casi “indestructible”) y que será útil en el 
99% de los casos de aplicación futuros. También cuidaremos algunos aspectos que muchas 
veces se dejan de lado, como la disipación de calor y el correcto armado de la PCB. 
En forma más especifica, nuestra fuente será una “fuente lineal triple”. Esto 
significa que utilizará reguladores de voltajes lineales (será explicado más adelante), y que 
tiene 3 diferentes voltajes de salida, en nuestro caso +5, +12 y –12 Volts, lo cual es 
suficiente para la mayoría de los casos ya que sirve para alimentar circuitos digitales, y 
también circuitos como amplificadores operacionales y otros circuitos electrónicos que se 
alimentan con +12 y –12 Volts. Cada una de estas salida, será capaz de entregar una 
corriente de 1 A, que es más de lo que entregan las fuentes que utilizamos comúnmente en 
los laboratorios. 
 
Anatomía de una fuente 
Una fuente de poder se compone básicamente por 3 bloques: Transformador, 
Rectificador y Filtro. Podemos agregar una etapa de regulación después del filtro, pero no 
es fundamental. Vamos a suponer que contamos como alimentación un voltaje alterno de 
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220 V y 50 Hz, el cual se encuentra fácilmente en todos los lugares donde podríamos 
necesitar nuestra fuente (casas, laboratorios, salas de estudios, salas de computación, etc.). 
a) Transformador: Es el bloque encargado de reducir el voltaje de alimentación desde 
220 Vrms a un voltaje cercano a los 12 o 15 Vrms para poder trabajar más 
cómodamente y obtener voltajes cercanos a los que vamos a utilizar de ahora en 
adelante. Además cumple con la función de aislar eléctricamente nuestra fuente de 
la red eléctrica. 
b) Rectificador: Es el encargado de transformar la corriente alterna que no tiene 
componente continua, en un voltaje que tenga una componente continua 
considerable. Es decir, convierte una señal AC en una señal DC que puede tener una 
componente AC menor. Este rectificador debe ser capaz de suministrar la corriente 
de carga del condensador del filtro. 
c) Filtro: Su función es precisamente filtrar el voltaje que ingresa al regulador. 
Elimina en gran porcentaje la componente alterna del voltaje rectificado, 
manteniendo un voltaje mas o menos constante a la entrada del regulador. Su 
función es además almacenar energía y entregarla rápidamente cuando la carga lo 
requiera.
 
Fig 1. Estructura básica de una fuente de poder. 
La Fig 1. muestra la estructura básica de una fuente de poder no regulada, es decir, 
que no tiene ningún elemento que regule el voltaje en la carga. Un ejemplo clásico de estas 
fuentes no reguladas son los eliminadores de pilas. Una fuente regulada tiene similar 
estructura, pero en vez de conectar la carga justo después del filtro, se conecta un regulador 
de voltaje de algún tipo entremedio, que mantenga el voltaje en la carga constante en un 
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cierto valor fijado por nosotros. 
La etapa de transformación no tiene mayor complejidad y se utiliza un 
transformador simple o con derivación central (con punto medio) en el caso que queramos 
conseguir 2 niveles simétricos de voltajes (±V). 
Para el caso de la rectificación, hay básicamente 3 configuraciones: 
. • Media onda 
. • Onda completa con derivación central 
. • Onda completa 
 
Aquí se muestra una tabla con las distintas configuraciones y ondas de salidas: 
 
 
El rectificador de media onda generalmente se utiliza en aplicaciones de baja 
corriente, o de alta frecuencia, ya que requiere de una capacitancia de filtrado mayor para 
obtener el mismo voltaje de rizado que un rectificador de onda completa. 
El rectificador de onda completa con derivación central disipa menos potencia, 
requiere menos espacio, y es, en teoría más económico que el puente de diodos, ya que 
solamente utiliza dos diodos en vez de cuatro. Al utilizar dos diodos, posee una impedancia 
menor que un puente. Sin embargo, para el mismo voltaje DC requerido en la salida, los 
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diodos deben tener el doble voltaje pico inverso (PIV). 
En vista que los diodos no son caros, no existe una economía real al utilizar el 
rectificador con derivación central, y por lo tanto el puente de diodos es la mejor opción 
para la mayoría de las aplicaciones. 
En nuestro caso de la fuente bipolar, necesitamos tener voltajes DC positivos y 
negativos, por lo tanto, utilizaremos una mezcla entre el rectificador de onda completa con 
puente, y el con derivación central. El circuito rectificador propuesto es el siguiente: 
 
+
Fig 2. Rectificador propuesto para nuestra fuente 
Miren bien el circuito y analicen cómo circulan las corrientes por los diodos y la 
carga. Si es necesario hagan una simulación y miren la corriente por los diodos y los 
voltajes en las cargas. 
La etapa de filtrado se puede realizar de varias formas, idealmente con elementos 
que no consuman potencia, por ejemplo, condensadores e inductancias. Lo más barato es 
utilizar condensadores, pues los venden en tamaños estándar y no generan interferencia 
electromagnética. En cambio, las inductancias, hay que fabricarlas a mano, generan 
interferencia electromagnética (EMI) y tienden a mantener la corriente, por lo que, si 
desconectamos bruscamente una carga, se puede producir un transiente muy fuerte de 
voltaje. Para evitar esto, se colocan diodos como caminos alternativos a la corriente en 
ciertos lugares. 
Este condensador, conectado en paralelo, entre tierra y el voltaje que entra al 
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regulador, se carga y se descarga periódicamente. Se carga cuando el voltaje del 
rectificador es mayor que el voltaje en el condensador, y se descarga, cuando el voltaje del 
rectificador es menor que el voltaje en el condensador. Aquí se muestra en el gráfico 
siguiente los voltajes a la salida del rectificador y en el filtro, así como la corriente por el 
condensador: 
 
La carga del condensador sigue la forma de la sinusoide de entrada, y la descarga es 
mediante un circuito RC, por lo tanto tiene un decaimiento exponencial, aunque no lo 
notemos pues la constante de tiempo se elige de forma que sea mayor que el periodo de la 
onda de entrada. El tamaño del condensador se calcula teniendo en cuenta la frecuencia de 
la onda de entrada al filtro y la corriente de carga (hacer el cálculo) de forma de tener un 
voltaje de rizado dentro de lo aceptado por el regulador. Una reglaempírica para este tipo 
de fuentes es que debe usarse un condensador tenga un valor mínimo de 2000 µF para 1 A 
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de carga, y por cada ampere de carga extra, agregar 1000 µF. Por ejemplo, si tenemos una 
carga de 1,5 A, deberíamos utilizar un condensador de 2500 µF, pero en este caso se deja el 
valor inmediatamente superior de 3000 µF, o 3300 µF que se encuentra comercialmente. 
Los condensadores utilizados en esta etapa son por lo general del tipo electrolíticos, pues 
con ellos se logran capacidades mucho mayores que con otros tipos, a pesar que tengan 
grandes corrientes de pérdidas comparadas con condensadores cerámicos o de tantalio. 
 
El Regulador 
Ya se vio que a la salida del filtro, existe un voltaje con una componente continua 
del orden de 15 V cuando se utiliza un transformador de 12 V. Este voltaje tiene una 
componente alterna que produce un cierto rizado que depende mucho de la carga. Cuando 
aumentamos la carga, disminuimos la constante de tiempo RC del filtro, y por lo tanto, la 
descarga del condensador es más rápida de lo deseado. Para evitar estos problemas, se 
utilizan reguladores de voltaje que entregan un voltaje de salida fijo aunque el voltaje de 
entrada varía. Como regla, el voltaje de salida debe ser como mínimo 2 Volts por sobre el 
voltaje de salida (ver hoja de dato de cada regulador) en el caso del regulador 7805. 
Cuando se habla de reguladores de voltajes, debemos distinguir entre tres tipos: los 
reguladores lineales, los reguladores Low Dropout (LDO) y los reguladores switching. 
Aparte de éstos hay reguladores que utilizan un diodo zener como regulador, pero no serán 
analizados. 
• Reguladores Lineales: Son aquellos que se comportan como resistencias variables, 
variando su valor en función de la carga y del voltaje de entrada. Tienen la 
desventaja de que, al igual que una resistencia, disipan mucha potencia (ver tutorial 
sobre circuitos térmicos), llegando a tener eficiencias del orden de 50%. 
 
El circuito equivalente es el siguiente: 
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Fig 3. Circuito equivalente de un regulador lineal 
En estos reguladores la caída de voltaje entre la entrada y la salida es como mínimo de 2 
V, aunque depende de la corriente de entrada. Por lo tanto, si tiene una salida de 5 V, 
necesitamos como mínimo un voltaje de 7 V en la entrada. Se comportan en forma excelente 
con respecto al ruido, y la regulación de línea y de carga, aunque esto depende un poco de los 
componentes externos que usemos. Son MUY simples de usar 
 Reguladores Low Dropout: Su funcionamiento es similar al de los reguladores 
lineales, pero exhiben una caída de voltaje mucho menor, haciéndolos un poco más 
eficientes que los reguladores anteriores si se utilizan voltajes adecuados. Muy 
útiles cuando deseamos alimentar un circuito con pilas o baterías, pues de ésta 
forma podemos hacerlas durar más. 
 
 Reguladores Switching: Estos reguladores en cambio funcionan conmutando un 
switch en forma muy rápida, cargando y descargando una inductancia y un 
condensador, en conjunto con otros elementos. Por lo general se utilizan elementos 
que idealmente no consumen potencia como inductancias, condensadores y 
transistores MOSFET u otros, lo que los hace tener eficiencias muy altas del orden 
del 90%. Estos reguladores por lo general generan ruido electromagnético producto 
de las conmutaciones a altas frecuencias (del orden de 50kHz y más). Un ejemplo 
de este tipo de fuentes son las que utilizan los computadores. 
 
El Regulador 78XX 
Uno de los reguladores lineales de más uso en el mercado es el de la series 78XX, 
donde XX se refiere al voltaje de salida que queramos, por ejemplo el 7805 tiene un voltaje 
de salida de 5 V y el 7812 de 12 V. Existe una versión para voltajes negativos, los 79XX, 
con igual nomenclatura, que también utilizaremos, pero nos referiremos por ahora sólo a las 
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de voltajes positivos. Estos reguladores están diseñados para entregar un voltaje fijo, 
aunque se pueden conectar de forma de obtener uno variable. 
Para voltajes de salida de 5 y 12 V, el máximo voltaje aceptable en la entrada es de 
35 V. El regulador limita internamente la corriente y la potencia disipada mediante circuitos 
internos, por lo que si por alguna razón se produce un cortocircuito, el regulador limitará 
internamente la corriente, y si por alguna otra razón, la temperatura de la unión llega a su 
límite máximo, el regulador automáticamente se apaga hasta que se enfrié la unión. Estas 
características hacen a este regulador prácticamente indestructible frente a descuidos en su 
uso. 
Debemos tener en cuenta que al cambiar el voltaje, el regulador actúa cambiando la 
impedancia que ve el circuito antes del regulador 
 
En este caso: R
R
Iin
VinZin 3
5
15
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
== 
Es decir si conectamos un resistencia de carga de 5 ohms entonces desde la fuente se verá 
como de 15 ohm. 
 
La impedancia de salida, la podemos ver en la hoja de dato del regulador, y tiene un 
valor nominal Zout de 17 miliohm, por lo que debemos tener cuidado de no conectar otra 
fuente a la salida de este regulador. 
 
Según la hoja de datos, se recomiendo colocar un condensador filtrante a la salida 
del regulador, además de el de entrada, para disminuir el ruido del voltaje de salida. 
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En la práctica utilizaremos un regulador 7805, un 7812 y un 7912, todos en formato 
TO-220, como el mostrado en la Fig 4, dado que son los más fáciles de conseguir en el 
mercado. 
 
Fig 4. Encapsulado de los reguladores utilizados en la experiencia 
El desempeño de estos reguladores puede revisarse con más detalle en la hoja de 
datos que pueden descargar de la ULR http://us.st.com/stonline/books/pdf/docs/2143.pdf 
 
Conclusiones 
La finalidad de esta experiencia es introducir al alumno en el diseño y construcción 
de un circuito, en este caso, una fuente de poder que será útil en muchas experiencias. En 
esta guía, que debe ser leída en conjunto con el tutorial sobre circuitos térmicos, se 
introducen los aspectos teóricos necesarios para diseñar una fuente. Estos aspectos se 
reforzarán con el aspecto práctico durante la experiencia, donde se diseñará la PCB y se 
construirá la fuente 
 
Bibliografía 
1. Sedra / Smith, “Circuitos Microelectrónicos”, cuarta edición; Oxford University Press, 2000 
2. Apuntes de Electrónica, del profesor Ángel Abusleme 
3. Hojas de datos “L7800 Positive Voltage Regulators”, STMicroelectrónic 
4. WEB INTERNET 
 
 
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