Tema 4 Fuente de Alimentación

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Electrónica
2ª EVALUACIÓN
TEMA 4: Fuentes de Alimentación1
Electrónica
Los contenidos a desarrollar son:
1. El Diodo Zéner como Regulador de Tensión.1. El Diodo Zéner como Regulador de Tensión.
2. Importancia de las Fuentes de Alimentación.
3. Fuentes de Alimentación con Reguladores de 
Tensión Integrados.
4. Fuentes de Alimentación Conmutadas.
TEMA 4: Fuentes de Alimentación2
Electrónica
Una de las aplicaciones más extendida del diodo Zéner es como 
estabilizador de tensión para fuentes de alimentación. Esto se 
consigue aprovechando la propiedad que poseen dichos diodos de consigue aprovechando la propiedad que poseen dichos diodos de 
conducir con tensiones de polarización inversa, manteniendo la 
tensión entre sus extremos prácticamente constante, aunque se 
modifique apreciablemente la intensidad de corriente inversa que fluye 
por los mismos.
TEMA 4: Fuentes de Alimentación3
Electrónica EL DIODO ZÉNER COMO REGULADOR DE TENSIÓN
Cuando se conecta un diodo Zéner (polarizado inversamente) en 
serie con una resistencia RS se puede conseguir que la tensión que 
aparece en sus bornes, permanezca prácticamente constante.
La resistencia RS cumple 
la función de limitadora de 
corriente. Para que el Zéner 
comience a trabajar en la 
región de ruptura, hay que 
aplicar una tensión de fuente 
V superior a la de ruptura VZ.
Z
Z
R
VV
I
−=La corriente que se establece en el circuito se 
calcula de esta manera:
TEMA 4: Fuentes de Alimentación4
S
Z
Rcalcula de esta manera:
La corriente Zéner (IZ) que puede soportar el 
diodo trabajando en polarización inversa dependerá 
de la potencia (PZ) que éste puede disipar 
térmicamente y que aparece en las hojas de 
especificaciones del componente.
Z
Z
Z
V
P
I =
Electrónica
Si el Zéner de este circuito 
posee una potencia 
nominal de 200 mW, 
determinar el valor mínimo 
de R para que el diodo 
EJERCICIO DE APLICACIÓN
de RS para que el diodo 
Zéner no se destruya?
Solución:
IZ la sabremos porque nos dan la potencia de disipació n 
máxima del Zéner y V Z es un dato, después se puede hallar R S en la 
malla que nos queda.
TEMA 4: Fuentes de Alimentación5
malla que nos queda.
===
12
2,0
Z
Z
Z
V
P
IZZZ IVP ⋅= 0,016 A
=−=−=
016,0
1220
Z
Z
S
I
VV
R 480 Ω
Electrónica
• Las F.A. (fuentes de alimentación) son fundamentales para 
proporcionar las tensiones continuas a las que funcionan todos los 
circuitos construidos a base de semiconductores como equipos de circuitos construidos a base de semiconductores como equipos de 
amplificación, equipos de recepción de radio y TV, etc.
• Las F.A. son imprescindibles para realizar ensayos en el 
laboratorio de electrónica, como ensayos de componentes, 
verificación de circuitos, construcción de prototipos, ajustes, etc.
• Ya se ha hablado que la parte fundamental de una F.A. son los 
diodos rectificadores (convierten C.A. en C.C. pulsante), los filtros 
TEMA 4: Fuentes de Alimentación6
diodos rectificadores (convierten C.A. en C.C. pulsante), los filtros 
reducen el rizado y al añadir un Zener estabiliza la tensión.
• Las fuentes de alimentación deben proporcionar una tensión 
estable que no sufra variaciones que puedan afectar al 
funcionamiento del receptor que alimenten. Para ello se utilizan los 
circuitos estabilizadores.
Electrónica FUENTES DE ALIMENTACIÓN
• Para evitar daños a los circuitos que componen una F.A., los 
fusibles no presentan una protección segura en los casos de 
cortocircuito accidental y sobrecargas. Estos dispositivos actúan 
produciéndose daños irreversibles en los semiconductores de 
potencia si no se actúa con rapidez. Por esta razón, las F.A. suelen 
ir equipadas con circuitos electrónicos que, al detectar una ir equipadas con circuitos electrónicos que, al detectar una 
sobrecorriente, reducen la tensión de salida, evitando que la 
corriente de carga supere valores peligrosos.
• Algunas F.A., como las de laboratorio, poseen la posibilidad de 
ajustar, mediante un potenciómetro, el valor de la corriente máxima 
que la fuente entrega a la carga.
TEMA 4: Fuentes de Alimentación7
Se puede abordar con mayor claridad el funcionamiento de una 
fuente de alimentación, distinguiendo las etapas que la forman:
a) Transformador de potencia.
Electrónica
a) Transformador de potencia.
b) Rectificación.
c) Filtrado.
d) Circuitos de Regulación o Estabilización.
e) Circuitos de Protección.
TEMA 4: Fuentes de Alimentación8
Electrónica ETAPAS EN LAS F.A.
La F.A. toma la energía de la red de 
suministro eléctrico, como esta dispone de 
valores de tensión muy altos para la mayoría 
de los circuitos electrónicos (230 V), es 
a) TRANSFORMADOR DE POTENCIA
de los circuitos electrónicos (230 V), es 
necesario reducir dicha tensión. Así pues, 
antes del rectificador se encuentra una etapa 
encargada de reducir el voltaje, consistente en 
un simple transformador que trabaja como 
reductor de tensión, proporcionando dos 
ventajas:
TEMA 4: Fuentes de Alimentación9
• Una tensión de valor más adecuado para 
poder ser empleada en un circuito electrónico.
• Un aislamiento eléctrico entre el circuito y la 
red eléctrica.
Electrónica ETAPAS EN LAS F.A.
A continuación, se encuentra la etapa encargada de la 
conversión alterna-continua, es decir, la corriente entregada por el 
transformador se hará pasar por un rectificador que eliminará los 
semiperiodos negativos de la señal, convirtiendo la señal alterna 
b) RECTIFICACIÓN
semiperiodos negativos de la señal, convirtiendo la señal alterna 
senoidal en una tensión continua pulsatoria (como ya se ha 
estudiado anteriormente).
Para rectificar se suelen utilizar diodos 
semiconductores, en media onda o en doble 
onda (onda completa). Aunque últimamente, 
por tratarse de una manera más cómoda, se 
TEMA 4: Fuentes de Alimentación10
por tratarse de una manera más cómoda, se 
suele utilizar un único componente 
denominado puente de Graetz (o puente 
rectificador en onda completa) que se puede 
encontrar en el mercado bajo un mismo 
encapsulado, lo cual simplifica su montaje 
enormemente.
Electrónica ETAPAS EN LAS F.A.
Aunque la señal una vez rectificada ya es c.c., todavía no 
mantiene un valor constante a lo largo del tiempo, sino que su valor 
cambia. Por eso será preciso someter a esta señal a un proceso de 
filtrado que alise los continuos cambios de amplitud (ondulaciones) 
c) FILTRADO
filtrado que alise los continuos cambios de amplitud (ondulaciones) 
que todavía tiene.
Un filtro es una red de componentes que seleccionan el paso 
de las señales en función de su frecuencia. El filtro más utilizado 
consiste en colocar en paralelo con la resistencia de la carga un 
condensador (normalmente electrolítico).
TEMA 4: Fuentes de Alimentación11
Señal rectificada media onda con filtro Señal rectificada doble onda con filtro
Electrónica ETAPAS EN LAS F.A.
Estos circuitos serán los encargados de mantener una 
estabilización o regulación constante del voltaje y la intensidad de 
salida, para que se mantengan dentro de los límites para los que la 
F.A. fue diseñada.
d) CIRCUITOS DE REGULACIÓN O ESTABILIZACIÓN
F.A. fue diseñada.
Debido al gran avance de las nuevas tecnologías en la 
integración de circuitos, hoy en día se fabrican una gran variedad 
de reguladores de tensión en forma de circuito integrado de tan 
sólo tres terminales.
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Electrónica ETAPAS EN LAS F.A.
En caso de que ocurra una avería o funcionamiento anómalo 
tanto de la F.A. como del circuito electrónico al que suministra 
potencia, estos circuitos serían los encargados de actuar para evitar 
daños irreversibles.
e) CIRCUITOS DE PROTECCIÓN
daños irreversibles.
Puede utilizarse desde un simple 
fusible que salte en el caso de que 
se produzca un cortocircuito hasta 
un complejo circuito electrónico que 
forme parte del circuito de la F.A.
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forme parte del circuito de la F.A.
Electrónica
Debido al gran avance de las nuevas tecnologías en la 
integración de circuitos,hoy en día se fabrican una gran variedad 
de reguladores de tensión en forma de circuito integrado de tan de reguladores de tensión en forma de circuito integrado de tan 
sólo tres terminales. 
Estos circuitos, que 
permiten integrar una gran 
cantidad de componentes 
discretos en una única 
cápsula (C.I.), hacen más fácil 
TEMA 4: Fuentes de Alimentación14
cápsula (C.I.), hacen más fácil 
el trabajo del proyectista y 
abaratan mucho el producto 
final.
Electrónica F.A. CON REGULADORES INTEGRADOS
• Voltaje de entrada máximo y mínimo . El fabricante suele indicar 
la mínima tensión requerida para un correcto funcionamiento del 
regulador, esta suele ser unos 2 V por encima de la tensión de 
salida. Mientras que el voltaje máximo que admiten los reguladores 
suele estar en torno a los 30 V.
PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN LOS REGULADORES DE TENS IÓN (1)
suele estar en torno a los 30 V.
• Máxima corriente de salida . Es la máxima corriente que puede 
suministrar sin que la tensión de salida varíe, ni el regulador sufra 
daños. Los límites dependen del dispositivo elegido, pero suelen ir 
desde los 0,5 A hasta los 10 A para los reguladores de alta potencia 
con disipador.
• Nivel de rechazo al rizado . Es la capacidad de reducción del 
TEMA 4: Fuentes de Alimentación15
• Nivel de rechazo al rizado . Es la capacidad de reducción del 
rizado que tiene el regulador, por ello, se pueden elegir CF más 
pequeños, que son más baratos.
• Tensión de salida. Son los valores mínimos, máximos y 
nominales entre los que puede variar la tensión de salida para una 
determinadas condiciones de temperatura, tensión de entrada y 
corriente de salida.
Electrónica F.A. CON REGULADORES INTEGRADOS
• Intensidad de reposo . Es la parte de la corriente de entrada que 
no circula por la carga. Esta intensidad fluye por el terminal de 
masa común del regulador y se debe al consumo de los 
componentes internos de mismo.
PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN LOS REGULADORES DE TENS IÓN (y 2)
componentes internos de mismo.
• Regulación de línea . Es el cambio que se produce en la tensión 
de salida, para una determinada corriente de salida, cuando varía 
la tensión de entrada.
• Regulación de carga . Es el cambio que se produce en la tensión 
de salida cuando varía la intensidad por la carga del valor mínimo 
al máximo.
TEMA 4: Fuentes de Alimentación16
al máximo.
• Máxima potencia disipable . Es la máxima potencia que el 
dispositivo puede disipar con y sin disipador. Suele estar entre 
0,5 W para reguladores con encapsulado de plástico hasta unos 
25 W para los reguladores con encapsulado con disipador de calor.
Electrónica F.A. CON REGULADORES INTEGRADOS
En este esquema se puede ver el circuito de una fuente de 
alimentación estabilizada mediante un regulador integrado.
El regulador integrado consta de 3 terminales: uno de entrada 
de tensión sin estabilizar, otro de salida de tensión estabilizada y el 
tercero el terminal común a la entrada y la salida, que por lo tercero el terminal común a la entrada y la salida, que por lo 
general se conecta a masa.
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Electrónica F.A. CON REGULADORES INTEGRADOS
Mediante un regulador integrado es posible obtener en la salida 
una tensión ajustable. Para ello, se incluye entre los terminales de 
salida y común del regulador una resistencia fija R1 y un 
potenciómetro R2, tal como se muestra en este circuito.
Con este sistema es posible ajustar el valor de la tensión de Con este sistema es posible ajustar el valor de la tensión de 
salida por encima de la tensión nominal del regulador.
TEMA 4: Fuentes de Alimentación18
Electrónica F.A. CON REGULADORES INTEGRADOS
TEMA 4: Fuentes de Alimentación19
Electrónica
SIMULACIÓN del esquema anterior
F.A. CON REGULADORES INTEGRADOS
Montar el circuito con Multisim y comprobar el margen de 
regulación de la fuente variando el mando del potenciómetro.
TEMA 4: Fuentes de Alimentación20
Electrónica
En principio las F.A. conmutadas son más complejas y 
caras, pero poseen un rendimiento mucho mayor que las 
convencionales (de un 80% frente al 40 ó 50% de las convencionales (de un 80% frente al 40 ó 50% de las 
convencionales).
Las F.A. convencionales consiguen controlar la tensión a 
un valor estable a costa de producir mediante una serie de 
elementos una c.d.t. entre los terminales de entrada y salida. 
Esto trae dos inconvenientes: el primero que esa c.d.t. 
TEMA 4: Fuentes de Alimentación21
multiplicada por la corriente que pase hacia la carga se 
convertirá en calor , y habrá que deshacerse de dicho calor 
de alguna manera; el segundo que eso hará que el 
rendimiento que se consiga sea bajo ya que esa potencia 
en forma de calor se considera potencia perdida.
Electrónica F.A. CONMUTADAS
Las F.A. conmutadas funcionan de otra manera. Hacen trabajar 
al transistor de control que queda en serie con la carga en forma 
de conmutación, esto significa que dicho transistor va a trabajar 
únicamente en dos estados: corte o saturación (como un 
interruptor abierto y cerrado). Así se consigue que la disipación de 
potencia en el transistor de control en cualquiera de los dos potencia en el transistor de control en cualquiera de los dos 
estados sea mínima.
En esta figura 
se muestra un 
diagrama de 
bloques de las 
partes 
TEMA 4: Fuentes de Alimentación22
partes 
fundamentales 
de que consta 
una F.A. 
conmutada.
Electrónica F.A. CONMUTADAS
La F.A. conmutada trabaja directamente con la tensión presente 
en la red (220/230 V) que es rectificada y filtrada. A partir de ahí, 
unos transistores que trabajan en conmutación, trocean la tensión a 
una frecuencia situada entre 20 kHz y 50 kHz. La señal resultante 
tiene una forma rectangular cuyo valor medio dependerá de su 
aspecto. Un transformador con núcleo de ferrita proporciona el valor aspecto. Un transformador con núcleo de ferrita proporciona el valor 
de tensión necesario a la salida y aporta el aislamiento necesario de 
la tensión de red. Esta parte, formada por el conmutador y el 
transformador, es básicamente un convertidor continua/continua. 
Finalmente, la tensión de salida del transformador es rectificada y 
filtrada.
La regulación de la tensión de salida se consigue actuando sobre 
el transistor de conmutación, variando el tiempo de conmutación. El 
TEMA 4: Fuentes de Alimentación23
el transistor de conmutación, variando el tiempo de conmutación. El 
hecho de trabajar a una frecuencia elevada, hace que el filtrado de la 
tensión de salida resulte más sencillo, por lo que los condensadores 
no son demasiado voluminosos, siendo suficientes condensadores 
de pequeña capacidad. Por otro lado, el transformador es más 
pequeño al trabajar a mayor frecuencia y su núcleo es de ferrita.
Electrónica
TEMA 4: Fuentes de Alimentación24
Electrónica
TEMA 4: Fuentes de Alimentación25
Electrónica
CUESTIONES:
1. ¿Qué utilidad tiene un diodo Zéner en una fuente de 
alimentación?
Respuesta:
Como Estabilizador de Tensión ó Regulador de 
Tensión.
2. ¿Qué tipo de tensión suministran los circuitos 
rectificadores? 
TEMA 4: Fuentes de Alimentación26
rectificadores? 
Respuesta:
Corriente Continua Pulsante.
Electrónica
3. ¿Qué es un Regulador de Tensión Integrado?
Respuesta:
Un circuito integrado cuya misión es estabilizar la Un circuito integrado cuya misión es estabilizar la 
tensión de salida de la fuente de alimentación.
4. ¿Cuántas patillas tiene?
TEMA 4: Fuentes de Alimentación27
Respuesta:
Tres.
Electrónica
5. ¿Qué característica tienen las fuentes de alimentación 
conmutadas con respecto a las convencionales?
Respuesta:
Aunque son más complejas y caras, poseen un Aunque son más complejas y caras, poseen un 
rendimiento mucho mayor, de un 80%, frente al 40 ó 
50% de las convencionales.
6. ¿Qué componente electrónico queda en serie con la 
carga en las fuentes de alimentación conmutadas y se le 
TEMA 4: Fuentes de Alimentación28
carga en las fuentes de alimentación conmutadas y se le 
hace trabajar en corte y ensaturación?
Respuesta:
Un transistor.
Electrónica
7. ¿Qué característica peculiar tiene la fuente de alimentación 
representada en este circuito?
Respuesta: Que su tensión de salida se puede 
regular.
TEMA 4: Fuentes de Alimentación29
regular.
8. ¿Qué función tiene el potenciómetro R2 en el circuito?
Respuesta: Al variar R2, varia la tensión de salida de 
la fuente de alimentación.
Electrónica
9. La potencia nominal del diodo Zéner con la referencia 
ZPD3 es de 448 mW para una temperatura ambiente de 25ºC 
y una tensión Zéner de 3,2 V. Averiguar cuál será la corriente 
PROBLEMAS:
y una tensión Zéner de 3,2 V. Averiguar cuál será la corriente 
Zéner máxima admisible.
Solución:
Aplicando la expresión de la potencia de disipación del 
Zéner, obtendremos dicha corriente:
448,0P
TEMA 4: Fuentes de Alimentación30
===
2,3
448,0
Z
Z
Z
V
P
I 0,14 A
Electrónica
10. Si el Zéner de este 
circuito posee una 
potencia nominal de 
300 mW, determinar el 
valor mínimo de RS para S
que el diodo Zéner no se 
destruya?
Solución:
IZ la sabremos porque nos dan la potencia de disipació n 
máxima del Zéner y V Z es un dato, después se puede hallar R S en 
la malla que nos queda.
TEMA 4: Fuentes de Alimentación31
la malla que nos queda.
===
15
3,0
Z
Z
Z
V
P
IZZZ IVP ⋅= 0,02 A
=−=−=
02,0
1530
Z
Z
S
I
VV
R 750 Ω
Electrónica
TEMA 4: Fuentes de Alimentación32