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Bogotá, 25 de abril de 2018

 

 

CONSTRUYA UNA FUENTE SIMETRICA REGULADA VARIABLE

 

Para el estudio de la electrónica, al momento de realizar un circuito, se necesitan una serie de herramientas. Una de ellas es la fuente de alimentación. Cada vez que hacemos un proyecto tenemos que pensar en la fuente que lo alimentará. Una solución muy práctica es tener en nuestro laboratorio una fuente regulada variable, que nos permita ajustar el voltaje que el circuito o proyecto a probar, nos pide. Una fuente regulada, es la que puede mantener un voltaje estable en su salida, a pesar de las variaciones del voltaje en la entrada y la carga a la que es expuesta. Presentamos una fuente simétrica regulada variable, que puede entregar voltajes; desde 1.2 voltios, hasta 30 voltios DC, tanto positivos, como negativos, con una corriente máxima de 3 amperios.

 

 

Los componentes para la realización de este proyecto son pocos y económicos. Sólo son dos reguladores, el LM317 que es positivo, el LM337 que es negativo, 4 resistencias 2 potenciometros 4 condensadores, un puente de diodos, 2 conectores, 2 transistores y el circuito impreso. La lista de materiales, diagrama esquemático, posición de los componentes  y el dibujo del circuito impreso (PCB), los encontrará en el archivo PDF que se entrega totalmente gratis al final de este artículo.

 

 

El circuito impreso para este proyecto lo hemos realizado con la técnica de planchado utilizando papel termotransferible. Esta técnica es muy económica, lo que la hace ideal para hacer prototipos. La técnica de planchado consiste en imprimir con una impresora láser, el dibujo del circuito impreso sobre papel termotransferible o papel fotográfico (glossy brillante). Luego se coloca la impresión sobre un trozo de baquelita virgen, de tal manera que el dibujo quede enfrentado con el cobre. Se plancha durante 10 minutos y al cabo de este tiempo, se introduce la baquelita con el papel adherido en agua fría, hasta que el papel se ablande y se pueda retirar con las yemas de los dedos, dejando el dibujo impreso en la baquelita. Teniendo la baquelita con el dibujo del impreso, la introducimos en cloruro férrico disuelto en agua caliente, agitamos levemente y vamos viendo como el cloruro férrico va retirando el cobre de las partes que no tienen el dibujo y va quedando el impreso. Si desea aprender la técnica de planchado, entre a nuestro tutorial de Fabricación de circuitos impresos.

 

Teniendo el circuito impreso, procedemos a colocar las resistencias. Primero doblamos las patas de manera que puedan entrar fácilmente en los orificios de la tarjeta, y luego las soldamos, tendiendo cuidado de que la soldadura sólo quede en el punto a soldar y no se generen cortos entre las pistas adyacentes. Es indispensable usar la máscara de componentes como guía para no cometer errores.
Para soldar correctamente, se debe juntar la soldadura, el cautín y la pieza a soldar al mismo tiempo. Recuerde que de la calidad de las soldaduras, depende el éxito de cualquier proyecto de electrónica que emprenda. Después de soldar las resistencias, se cortan los excedentes de las patas, que serán usados para hacer los puentes o jumpers.

 

 

 

Los puentes o jumpers son trozos de alambre reciclado de los excedentes de las patas de los componentes ya colocados. Estos puentes se encargan de unir una pista con otra por la parte superior del impreso. Los puentes son necesarios cuando al hacer el diseño del circuito impreso se hace imposible la conexión entre dos puntos, mediante las pistas de cobre. El puente o jumper permite unir estos puntos por la parte superior del impreso (lado de los componentes).

 

 

Al momento de colocar el puente de diodos, tenemos en cuenta que no quede pegado a la tarjeta, ya que cuando el consumo de corriente es alto, el puente se calienta y con el tiempo puede manchar la baquelita.
El puente de diodos está formado por 4 diodos, interconectados de tal forma que hacen la  función de separar todos los semiciclos negativos de los semiciclos positivos propios de la corriente alterna (AC). El puente entrega los semiciclos positivos a través de la pata marcada con un (+) y los semiciclos negativos en la pata marcada con un menos (-). El valor del puente de diodos, depende de los requerimientos del circuito que se piensa alimentar, en este caso el puente soporta 4 amperios. Si piensa colocar más transistores a la salida de la fuente, para tener un manejo de corriente más alto, debe subir el valor del puente de diodos a unos 10 amperios o más.

 

La fuente rectificadora está formada por el puente de diodos y dos condensadores que se encargan de rectificar la corriente entregada por el puente de diodos, pero que aún no se ha convertido cien por ciento en corriente continua. Los condensadores se cargan sin dejar que la corriente baje a cero en las caíidas de los semiciclos, manteniéndola en un mismo voltaje y desapareciendo cualquier oscilación o “rizos” de corriente, al momento de entregarla a los reguladores. El condensador que tiene su polo positivo conectado al positivo del puente y su negativo al tierra o TAP central, le entrega la corriente positiva al LM317. Y el condensador que tiene su polo negativo conectado al negativo del puente y su positivo al tierra o TAP central, le entrega la corriente negativa al LM337. El valor mínimo de estos condensadores es de 2.200 microfaradios. Si el circuito es de alto consumo, le recomendamos usar condensadores de 4.700 microfaradios.

Esta fuente en su parte positiva utiliza el regulador variable LM317. Este regulador entrega una corriente de hasta 1,5 amperios y voltajes entre 1,2 voltios hasta 32 voltios. Es muy sencillo de montar y los componentes que lo acompañan son muy pocos. Solo requiere un potenciometro y una resistencia, para ajustar el voltaje de salida, y en este caso un transistor NPN, para aumentar el manejo de corriente.
La línea de carga y la regulación es de mejor calidad que la de los reguladores fijos, por ser un integrado más moderno. Está protegido contra las limitaciones de corriente, exceso de temperatura y por sobrecarga, así el terminal de regulación esté desconectado. A este tipo de regulador se les llama flotante. Quiere decir que el regulador solo ve la diferencia entre la entrada y la salida del voltaje, Esto permite utilizarlos para regular alto voltaje, siempre y cuando no supere más de 30 voltios la diferencia entre entrada/salida.

 

La parte negativa de nuestra fuente utiliza el regulador variable LM337. Este regulador entrega una corriente de hasta 1,5 amperios y voltajes entre -1,2 voltios hasta -32 voltios. Al igual que el LM317, es muy sencillo de montar y los componentes que lo acompañan son los mismos. También requiere un potenciometro y una resistencia, para ajustar el voltaje de salida, y en este caso un transistor PNP, para aumentar el manejo de corriente.
Las características son idénticas en los dos reguladores, lo único que cambia es que el LM317 maneja corriente positiva y el LM337 maneja corriente negativa.
Como la fuente rectificadora está en la misma tarjeta (puente de diodos y condensadores de rectificación), no necesita gran cantidad de condensadores.

 

 

Los condensadores de 0.1 microfaradios (104), tienen como función rectificar la corriente a la salida de cada regulador quitando cualquier ruido o pequeña fluctuación que haya podido quedar. Van colocados en paralelo a cada salida y pueden ser cerámicos o de poliéster.

 

 

 

El voltaje entre el terminal o pata de ajuste y el terminal o pata de salida es de 1.25 voltios. Esto está determinado internamente por el regulador y por la corriente que circula por la resistencia de 240 ohmios que interconecta la pata de ajuste y la salida. El potenciómetro hace un divisor de voltaje en conjunción con la resistencia de 240 ohmios y al variar la resistencia de este potenciómetro, cambia el voltaje a la salida del regulador. El potenciómetro debe ser de 5K y de tipo lineal.

 

 

 

 

Como el regulador LM317 entrega 1 amperio en condiciones normales de trabajo y hasta 1.5 amperios forzándolo, hemos implementado un transistor de potencia para aumentar el manejo de corriente a 3 amperios. Si desea manejar más corriente, puede colocar en paralelo cuantos transistores desee, siempre y cuando también cambie el puente  de diodos por uno de más amperaje. Puede utilizar cualquier transistor de potencia NPN, como por ejemplo el 2SC3055, TIP3055, TIP35, 2SC5200 o el poderoso 2SC3858.

 

 

 

 

Al igual que el LM317, el regulador LM337 también entrega 1 amperio en condiciones normales de trabajo y hasta 1.5 amperios forzando el regulador, para aumentar el manejo de corriente a 3 amperios, hemos implementado un transistor de potencia PNP. Si desea manejar más corriente, puede colocar en paralelo cuantos transistores desee. Puede utilizar cualquier transistor PNP de potencia, como por ejemplo el 2SC2955, TIP2955, TIP36, 2SA1943 o el 2SA1494.

 

 

 

En la fotografía se aprecian los conectores de entada y salida. Al momento de conectar el transformador, revise la guía de la mascara de componentes que se encuentra en el archivo PDF, ya que si conecta los cables incorrectamente, puede averiar los reguladores y en casos extremos hasta quemar la tarjeta. La virgulilla (~), indica que ahí se conectan las fases del transformador y la (G), indica la conexión del TAP central del transformador.
Al momento de ajustar un voltaje en nuestra fuente, es necesario ver en una pantalla (display) o medir el voltaje a la salida, usando un multímetro en escala de voltaje continuo. Si lo desea puede adicionar un voltímetro y empacar la fuente en una caja o gabinete, de tal manera que solo se vea en la parte exterior el voltímetro, los potenciometros y los conectores que recibirán los tres cables de salida de voltaje con caimanes en un extremo, dándole una buena presentación a la fuente.

 

 

Tenemos la fuente casi terminada. La resistencia de 10 ohmios interconecta la salida del regulador con la base del transistor de potencia y sirve como protección del transistor puede variar su valor entre 10 ohmios y 220 ohmios.
Ya están todos los componentes colocados en su sitio y soldados. Esta fuente simétrica regulada variable que presentamos en este artículo funciona perfectamente. Si lo desea puede añadir 4 diodos, para proteger los reguladores de corrientes inversas. En el Archivo PDF que podrá descargar al final de este artículo, se encuentra el diagrama esquemático que muestra como deben ir colocados los diodos de protección y el impreso trae los orificios donde van colocados. La dirección de estos debe ser la correcta basándose en los diagramas  Ahora solo falta colocarle un disipador a cada transistor, para que cuando reciba carga, tenga donde descargar el calor que produce por el esfuerzo que realiza.
Recuerde que si va a empaquetar la fuente en una caja o gabinete de metal, es necesario aislar los transistores del disipador, utilizando aislantes de mica y pasa muros de plástico.

 

Debemos construir el transformador para esta fuente (No lo compre, la idea es aprender a hacerlos). Nuestra fuente requiere un transformador de 23+23 voltios AC. Esto quiere decir que el transformador tiene 3 cables de salida. Entre el TAP central y cada extremo, habrá un voltaje alterno de 23 VAC y entre los dos extremos habrá un voltaje de 46 voltios AC.
Para esto usamos un núcleo de 3.2 centímetros, por 4 cm. Para los países con voltaje en la red pública de 115 voltios, se debe enrollar, en el devanado primario, 378 vueltas de alambre calibre 23, que hemos calculado de antemano, al multiplicar 3.3 vueltas por voltio (según nuestra Tabla de núcleo de formaletas), por 115, que es el voltaje de la red pública.
Para el devanado secundario son 150 vueltas de alambre calibre 18, deteniéndose a la mitad de las vueltas (vuelta 75), para sacar el TAP central y enrollar las otras 75 vueltas.
Para los países que tiene un voltaje de 220 en la red pública, es necesario enrollar 722 vueltas, en el devanado primario de alambre calibre 25, según la tabla AWG. El secundario es el mismo en todos los casos.

La comodidad y versatilidad que nos da el tener una fuente variable simétrica en nuestro laboratorio de electrónica es de gran ayuda. Recomendamos a todos que comiencen por construir este proyecto, antes de encaminarse a los otros proyectos más complejos.

 

 

 

 

Temas relacionados:   Fuente simétrica regulada    Transformadores    Construcción de una fuente simple

>>>Descargue aqui<<<  El archivo PDF con el diagrama eléctrico y el circuito impreso de la fuente regulada variable.

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