El diodo zener basa su funcionamiento en el efecto zener, de ahí su nombre. Recordaremos que, en polarización inversa y alcanzada esta zona, a pequeños aumentos de tensión corresponden grandes aumentos de corriente.
Este componente es capaz de trabajar en dicha región cuando las condiciones de polarización lo determinen y una vez hayan desaparecido éstas, recupera sus propiedades como diodo normal, no llegando por este fenómeno a su destrucción salvo que se alcance la corriente máxima de zener Imáx indicada por el fabricante.
Sus parámetros principales son:
Filtro con condensador
Este tipo de filtros tan solo precisa de la colocación de un condensador de gran capacidad entre el diodo (o diodos) encargado de rectificar la Corriente Alterna y la salida de la misma hacia la carga (o circuito) a alimentar (Rc). En la ilustración correspondiente nos podemos hacer cargo de cómo se conecta este condensador.
Debido a las constantes de tiempo asociadas a las resistencias a través de las que se realizan las secuencias sucesivas de carga y descarga del condensador se obtiene una salida de forma bastante más “plana” que la señal que obtenemos en la salida de una etapa rectificadora.
Valores recomendables para el condensador en un RECTIFICADOR EN PUENTE:
Si quieres ajustar el valor del condensador al menor posible esta fórmula te dará el valor del condensador para que el rizado sea de un 10% de Vo (regla del 10%):
C = (5 * I) / (ƒ * Vmax) donde:
C: Capacidad del condensador del filtro en faradios
I: Corriente que suministrará la fuente
ƒ: frecuencia de la red
Vmax: tensión de pico de salida del puente (aproximadamente Vo)
Si se quiere conseguir un rizado del 7% puedes multiplicar el resultado anterior por 1,4, y si quieres un rizado menor resulta mas recomendable que uses otro tipo de filtro o pongas un estabilizador.
Filtro RC
La figura muestra dos filtros RC entre el condensador de entrada y la resistencia de carga. El rizado aparece en las resistencias en serie en lugar de hacerlo en la carga. Unos buenos valores para las resistencias y los condensadores serían: R = 6,8 O C = 1000 µF Con estos valores cada sección atenúa el rizado en un factor de 10, puedes poner una, dos, tres secciones. No creo que necesites mas. La desventaja principal del filtro RC es la pérdida de tensión en cada resistencia. Esto quiere decir que el filtro RC es adecuado solamente para cargas pequeñas. Es muy util cuando tienes un circuito digital controlando relés, en ocasiones estos relés crean ruidos en la alimentación provocando el mal funcionamiento del circuito digital, con una sección de este filtro para la alimentación digital queda solucionado el problema. La caída de tensión en cada resistencia viene dada por la ley de Ohm: V = I * R donde I es la corriente de salida de la fuente y R la resistencia en serie con la carga.
Filtro LC
Cuando la corriente por la carga es grande, los filtros LC de la figura presentan una mejora con respecto a los filtros RC. De nuevo, la idea es hacer que el rizado aparezca en los componentes en serie, las bobinas en este caso. Además, la caída de tensión 15 continua en las bobinas es es mucho menos porque solo intervienen la resistencia de los arrollamientos. Los condensadores pueden ser de 1000 µF y las bobinas cuanto mas grandes mejor. Normalmente estas últimas suelen ocupar casi tanto como el transformador y, de hecho, parecen transformadores, menos mal que con una sola sección ya podemos reducir el rizado hasta niveles bajísimos. }
Las fuentes de alimentación No Reguladas
El diseño que acabamos de ver, es una fuente de alimentación no regulada, ya que si por alguna razón cae el valor del voltaje continuo de la alimentación del coche, esa caída de voltaje se transmite proporcionalmente hacia el interior del amplificador. De esta manera, si por ejemplo la alimentación del coche cae de 14 V a 13,5 V en un instante determinado, el voltaje en los railes finales también cae de manera proporcional (recordemos que el voltaje en los railes es de un valor adecuado a la potencia máxima que pueda dar el amplificador).
Por lo tanto, si nos encontramos con que el voltaje en railes no es siempre constante, sino que puede variar, la musica amplificada asi mismo también variará su amplitud final de manera proporcional.
En resumen, el amplificador con fuente de alimentación no regulada, es sensible a las caidas de voltaje de alimentación del vehículo, de la siguiente manera:
- Si se trata de una caída continuada (digamos que pasa de 14 a 12 V, cuando el coche esta parado), el problema será que el amplificador tendrá un voltaje constante inferior en sus raíles, y por lo tanto la potencia que dará será algo menor a la que daría con 14 V. Esto no es perjudicial en términos de calidad de sonido.
- Si las caídas de voltaje son microcaídas momentáneas (debidas a picos de intensidad, resistencia en la linea de alimentación, la lentitud de respuesta del alternador del vehículo, etc… cuando el amplificador pide picos de corriente), estas microcaídas también se transmiten como microcaídas en los raíles. En este caso, sí que se percibe como perjudicial para la calidad de sonido, ya que provoca que la amplitud del sonido amplificado se “module” de acuerdo a estas microcaídas, añadiendo una cierta distorsión específica al sonido resultante, especialmente durante los transitorios musicales.
Las fuentes de alimentación Reguladas
Para solventar estas posibles caídas de voltaje entre raíles, se ideó una arquitectura que permite mantener el voltaje siempre constante entre los raíles, a costa de pedir corriente extra al sistema eléctrico del coche, en los momentos en los que el voltaje caiga por debajo del valor nominal.
Para conseguirlo, se añade una sección al diseño anterior, que monitoriza el voltaje entre railes, y si este cae por debajo del valor nominal, este controlador modificará la anchura de la señal de conmutación. Aumentando esta anchura del voltaje de conmutación, el amplificador está “solicitando” más corriente al sistema eléctrico del coche. De esta manera, el amplificador consigue mantener el voltaje en los railes siempre constante, a costa de pedir más corriente al vehículo cuando considera necesario.
Para este tipo de diseños, se sobredimensiona la transformación en el toroidal respecto a un diseño no regulado. O sea, el toroidal hace una transformacion del voltaje de entrada , a una amplitud “superior” a la que necesitarían los railes. Y así mismo, se diseña el controlador de conmutacion, de manera que en estado normal su pulso sea mas estrecho de lo que es en un amplificador no regulado, y de esta manera, el voltaje conseguido al otro extremo del toroidal sea efectivamente el voltaje que necesitan los railes (inferior al que sería capaz de dar el toroidal si la anchura de conmutacion fuese la normal).
En caso de que haya una caida de voltaje en los railes, el controlador de pulso amplia la anchura del pulso, de manera que fuerza a subir el voltaje al otro lado del transformador, para conseguir que se mantenga el voltaje nominal.
Reguladores de la serie 78XX:
Este es el aspecto de un regulador de la serie 78XX. Su característica principal es que la tensión entre los terminales Vout y GND es de XX voltios y una corriente máxima de 1A. Por ejemplo: el 7805 es de 5V, el 7812 es de 12V… y todos con una corriente máxima de 1 Amperio. Se suelen usar como reguladores fijos.
Existen reguladores de esta serie para las siguientes tensiones: 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18 y 24 voltios. Se ponen siguiendo las indicaciones de la página anterior y ya esta, obtenemos una Vout de XX Voltios y sin rizado.
Es posible que tengas que montar el regulador sobre un radiador para que disipe bien el calor, pero de eso ya nos ocuparemos mas adelante.
Reguladores de la serie 79XX:
El aspecto es como el anterior, sin embargo este se suele usar en combinación con el 78XX para suministrar tensiones simétricas. la tensión entre Vout y GND es de – XX voltios, por eso se dice que este es un regulador de tensión negativa. La forma de llamarlos es la misma: el 7905 es de 5V, el 7912 es de 12… pero para tensiones negativas.
Una fuente simétrica es aquella que suministra una tensión de + XX voltios y otra de – XX voltios respecto a masa. Para ello hay que usar un transformador con doble secundario, mas conocido como “transformador de toma media” o “transformador con doble devanado”. En el siguiente ejemplo se ha empleado un transformador de 12v + 12v para obtener una salida simétrica de ± 12v:
El valor de C puedes ajustarlo mediante la regla del 10%.
Regulador ajustable LM317:
Este regulador de tensión proporciona una tensión de salida variable sin mas que añadir una resistencia y un potenciómetro. Se puede usar el mismo esquema para un regulador de la serie 78XX pero el LM317 tiene mejores características eléctricas. El aspecto es el mismo que los anteriores, pero este soporta 1,5A. el esquema a seguir es el siguiente:
En este regulador, como es ajustable, al terminal GND se le llama ADJ, es lo mismo.
La tensión entre los terminales Vout y ADJ es de 1,25 voltios, por lo tanto podemos calcular inmediatamente la corriente I1 que pasa por R1:
I1 = 1,25 / R1
Por otra parte podemos calcular I2 como:
I2 = (Vout – 1,25) / R2
Como la corriente que entra por el terminal ADJ la consideramos despreciable toda la corriente I1 pasará por el potenciómetro R2. es decir:
I1 = I2
1,25 / R1 = (Vout – 1,25) / R2
que despejando Vout queda:
Vout = 1,25 * (1 + R2/R1)
Si consultas la hoja de características del LM317 verás que la fórmula obtenida no es exactamente esta. Ello es debido a que tiene en cuenta la corriente del terminal ADJ. El error cometido con esta aproximación no es muy grande pero si quieres puedes usar la fórmula exacta.
Observando la fórmula obtenida se pueden sacar algunas conclusiones: cuando ajustes el potenciómetro al valor mínimo (R2 = 0O) la tensión de salida será de 1,25 V. Cuando vayas aunmentando el valor del potenciómetro la tensión en la salida irá aumentando hasta que llegue al valor máximo del potenciómetro.
Por lo tanto ya sabemos que podemos ajustar la salida desde 1,25 en adelante. En realidad el fabricante nos avisa que no pasemos de 30V.
Cálculo de R1 y R2:
Los valores de R1 y R2 dependerán de la tensión de salida máxima que queramos obtener. Como solo disponemos de una ecuación para calcular las 2 resistencias tendremos que dar un valor a una de ellas y calcularemos la otra.
Lo mas recomendable es dar un valor de 240O a R1 y despejar de la última ecuación el valor de R2 (el potenciómetro). La ecuación queda de la siguiente manera:
R2 = (Vout – 1,25) * (R1/1,25)
Por ejemplo:
Queremos diseñar una fuente de alimentación variable de 1,25 a 12v. Ponemos que R1 = 240O. Solo tenemos que aplicar la última fórmula con Vout = 12 y obtenemos R2:
R2 = (12 – 1,25) * (240 / 1,25) = 2064 O
El valor mas próximo es el de 2 KO, ya tendríamos diseñada la fuente de alimentación con un potenciómetro R2 de 2 KO y una resistencia R1 de 240 O.
En teoría podemos dar cualquier valor a R1 pero son preferibles valores entre 100O y 330O.
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