Cómo hacer un rectificador y una fuente de alimentación simple

Un rectificador es un dispositivo para convertir el voltaje de CA a CC. Esta es una de las partes más comunes en los aparatos eléctricos, que van desde un secador de pelo hasta todo tipo de fuentes de alimentación con un voltaje de CC de salida. Existen diferentes esquemas de rectificadores y cada uno de ellos, en cierta medida, hace frente a su tarea. En este artículo, hablaremos sobre cómo hacer un rectificador monofásico y por qué es necesario.

Definición

Un rectificador es un dispositivo diseñado para convertir CA a CC. La palabra "constante" no es del todo correcta, el hecho es que a la salida del rectificador, en el circuito de una tensión alterna sinusoidal, en cualquier caso habrá una tensión pulsante no estabilizada. En palabras simples: constante en signo, pero variable en magnitud.

Hay dos tipos de rectificadores:

• Media ola. Rectifica solo una media onda del voltaje de entrada. Caracterizado por una fuerte ondulación y reducido en relación con el voltaje de entrada.

• Bianual. En consecuencia, dos medias ondas se enderezan. La ondulación es más baja, el voltaje es más alto que en la entrada del rectificador: estas son dos características principales.

¿Qué significa voltaje estabilizado y no estabilizado?

Estabilizado es un voltaje que no cambia en magnitud independientemente de la carga o los picos de voltaje de entrada. Para las fuentes de alimentación de transformadores, esto es especialmente importante, porque el voltaje de salida depende de la entrada y difiere de él en los tiempos de transformación.

Voltaje no estabilizado: varía según las sobretensiones en la red de suministro y las características de carga. Con una fuente de alimentación de este tipo, debido al hundimiento, puede ocurrir un funcionamiento incorrecto de los dispositivos conectados o su inoperancia completa y falla.

Voltaje de salida

Los valores principales de la tensión alterna son la amplitud y el valor efectivo. Cuando dicen "en la red de 220V" significa el voltaje de corriente.

Si hablamos del valor de amplitud, nos referimos a cuántos voltios hay desde cero hasta el punto superior de la media onda de una onda sinusoidal.

 

Omitiendo la teoría y una serie de fórmulas, podemos decir que voltaje actual 1,41 veces menos que la amplitud. O:

Uа = Uд * √2

El voltaje de amplitud en la red de 220V es:

220*1.41=310

Esquemas

Rectificador de media onda consta de un diodo. Simplemente no se pierde la media onda de regreso. La salida es un voltaje con fuertes ondas desde cero hasta el valor de amplitud del voltaje de entrada.

Hablando en un lenguaje muy simple, luego en este circuito, la mitad del voltaje de entrada ingresa a la carga. Pero esto no es del todo correcto.

Los circuitos de dos medias ondas transmiten ambas medias ondas desde la entrada a la carga. Anteriormente en el artículo, se mencionó el valor de amplitud del voltaje, por lo que el voltaje en la salida del rectificador es el mismo valor más bajo que la variable activa en la entrada.

Pero si suavizamos la onda usando condensador, cuanto más pequeñas son las ondas, más cerca estará el voltaje de la amplitud.

Hablaremos sobre suavizar las ondas más tarde. Ahora considera circuito de puente de diodos.

Hay dos de ellos:

1. Rectificador según el esquema de Gretz o puente de diodos;

2. Rectificador con un punto medio.

El primer esquema es más común. Consiste en un puente de diodos - cuatro diodos interconectados por un "cuadrado", y una carga está conectada a sus hombros. El puente rectificador se ensambla de acuerdo con el siguiente esquema:

Se puede conectar directamente a una red de 220V, como se hace en fuentes de alimentación conmutadas modernas, o a los devanados secundarios de un transformador de red (50 Hz).De acuerdo con este esquema, los puentes de diodos pueden ensamblarse a partir de diodos discretos (separados) o usar un conjunto de puente de diodos listo para usar en una sola carcasa.

El segundo circuito es un rectificador de punto medio que no puede conectarse directamente a la red. Su significado es usar un transformador con un toque desde el medio.

En su núcleo, estos son dos rectificadores de media onda conectados a los extremos del devanado secundario, la carga con un contacto está conectada al punto de unión de los diodos, y el segundo está conectado al grifo desde el medio de los devanados.

Su ventaja sobre el primer circuito es un número menor de diodos semiconductores. Y la desventaja es el uso de un transformador con un punto medio o, como lo llaman, una rama desde el medio. Son menos comunes que los transformadores secundarios convencionales sin derivación.

Suavizado de ondulaciones

El suministro de voltaje de ondulación es inaceptable para varios consumidores, por ejemplo, fuentes de luz y equipos de audio. Además, las pulsaciones de luz permitidas están reguladas en los documentos regulatorios estatales y de la industria.

Para suavizar las pulsaciones, use filtros - un condensador montado en paralelo, un filtro LC, una variedad de filtros P y G ...

Pero la opción más común y más simple es un condensador instalado en paralelo a la carga. Su desventaja es que para reducir la ondulación a una carga muy potente, será necesario instalar condensadores de gran capacidad: decenas de miles de microfaradios.

Su principio de funcionamiento es que el condensador se está cargando, su voltaje alcanza la amplitud, el voltaje de suministro comienza a disminuir después del punto de máxima amplitud, desde ese momento la carga es alimentada por el condensador. El condensador se descarga dependiendo de la resistencia de carga (o su resistencia equivalente, si no es resistiva). Cuanto mayor sea la capacitancia, menor será la ondulación, si se compara con un capacitor con una capacidad menor conectada a la misma carga.

En palabras simples: cuanto más lento se descarga el condensador, menos ondulación.

La velocidad de descarga del condensador depende de la corriente consumida por la carga. Se puede determinar por la fórmula de la constante de tiempo:

t = RC

donde R es la resistencia de carga y C es la capacidad del condensador de suavizado.

Por lo tanto, de un estado completamente cargado a un condensador completamente descargado se descarga en 3-5 t. Se carga a la misma velocidad si la carga se produce a través de una resistencia, por lo que en nuestro caso no importa.

De ello se deduce que para lograr un nivel aceptable de ondulación (está determinado por los requisitos de la carga en la fuente de alimentación), se necesita una capacitancia que se descargará en un tiempo varias veces mayor que t. Dado que las resistencias de la mayoría de las cargas son relativamente pequeñas, se necesita una gran capacidad, por lo tanto, para suavizar las ondas en la salida del rectificador, condensadores electrolíticos, también se llaman polares o polarizados.

Tenga en cuenta que no se recomienda confundir la polaridad del condensador electrolítico, ya que esto está plagado de fallas e incluso explosiones. Los condensadores modernos están protegidos contra explosiones: tienen un estampado en la cubierta superior en forma de cruz, a lo largo del cual la carcasa simplemente está rota. Pero saldrá una corriente de humo del condensador, será malo si entra en contacto con los ojos.

El cálculo de la capacidad se basa en el tipo de coeficiente de fluctuación que debe proporcionar. En términos simples, el coeficiente de ondulación muestra cuánto voltaje está cayendo (pulsando).

Para calcular la capacidad de un condensador de suavizado, puede usar la fórmula aproximada:

C = 3200 * In / Un * Kp,

Donde corriente en carga, voltaje sin carga, factor de ondulación Kn.

Para la mayoría de los tipos de equipos, el coeficiente de ondulación se toma 0.01-0.001. Además, es deseable instalar condensador de cerámica la mayor capacidad posible para filtrar desde interferencias de alta frecuencia

¿Cómo hacer una fuente de alimentación de bricolaje?

La fuente de alimentación de CC más simple consta de tres elementos:

1. transformador;

2. Puente de diodos;

3. Condensador.

Si necesita obtener un alto voltaje, y descuida el aislamiento galvánico, puede excluir el transformador de la lista, entonces obtendrá un voltaje constante de hasta 300-310V. Tal circuito está en la entrada de fuentes de alimentación conmutadas, por ejemplo, como en su computadora. Recientemente escribimos un gran artículo sobre ellos: ¿Cómo es una fuente de alimentación de computadora.

Esta es una fuente de alimentación de CC no estabilizada con un condensador de suavizado. El voltaje en su salida es mayor que el voltaje alterno del devanado secundario. Esto significa que si tiene un transformador 220/12 (primario en 220V y secundario en 12V), entonces en la salida obtendrá una constante de 15-17V. Este valor depende de la capacidad del condensador de suavizado. Este circuito puede usarse para alimentar cualquier carga, si no es importante para él, entonces el voltaje puede "flotar" cuando cambia el voltaje de la red.

Importante:

El condensador tiene dos características principales: capacitancia y voltaje. Descubrimos cómo seleccionar la capacidad, pero no con la selección del voltaje. El voltaje del condensador debe exceder al menos la mitad del voltaje de amplitud en la salida del rectificador. Si el voltaje real en las placas del condensador excede el voltaje nominal, es probable que falle.

Los viejos condensadores soviéticos se fabricaron con un buen margen de voltaje, pero ahora todos usan electrolitos baratos de China, donde en el mejor de los casos hay un pequeño margen, y en el peor de los casos, no pueden soportar el voltaje nominal especificado. Por lo tanto, no ahorre en confiabilidad.

Una unidad de fuente de alimentación estabilizada difiere de la anterior solo en presencia de un estabilizador de voltaje (o corriente). La opción más simple es usar L78xx u otros. estabilizadores lineales, como el banco nacional.

Para que pueda obtener cualquier voltaje, la única condición cuando se usan tales estabilizadores es que el voltaje al estabilizador debe exceder el valor estabilizado (salida) en al menos 1.5V. Considere lo que está escrito en la hoja de datos del estabilizador de 12V L7812:

El voltaje de entrada no debe exceder los 35V, para estabilizadores de 5 a 12V, y 40V para estabilizadores a 20-24V.

El voltaje de entrada debe exceder el voltaje de salida en 2-2.5V.

Es decir Para una fuente de alimentación de 12V estabilizada con un estabilizador de la serie L7812, es necesario que el voltaje rectificado se encuentre dentro de 14.5-35V, para evitar hundimientos, sería una solución ideal para usar un transformador con un devanado secundario de 12V.

Pero la corriente de salida es bastante modesta: solo 1.5A, se puede amplificar usando un transistor de paso. Si tienes Transistores PNP, puedes usar este esquema:

Solo muestra la conexión de la parte estabilizadora lineal "izquierda" del circuito con un transformador y un rectificador omitido.

Si tiene transistores NPN como KT803 / KT805 / KT808, este hará:

Vale la pena señalar que en el segundo circuito, el voltaje de salida será menor que el voltaje de estabilización en 0.6V: esta es una caída en la unión de la base del emisor, escribimos más sobre esto en un artículo sobre transistores bipolares. Para compensar esta caída, se introdujo un diodo D1 en el circuito.

Es posible instalar dos estabilizadores lineales en paralelo, ¡pero no es necesario! Debido a posibles desviaciones durante la fabricación, la carga se distribuirá de manera desigual y uno de ellos puede quemarse debido a esto.

Instale tanto el transistor como el estabilizador lineal en el radiador, preferiblemente en diferentes radiadores. Estan muy calientes

Fuentes de alimentación ajustables

La fuente de alimentación ajustable más simple se puede hacer con un estabilizador lineal ajustable LM317, su corriente también es de hasta 1.5 A, puede amplificar el circuito con un transistor de paso, como se describió anteriormente.

Aquí hay un diagrama más intuitivo para ensamblar una fuente de alimentación ajustable.

Para obtener más corriente, puede usar un estabilizador ajustable más potente LM350.

 

En los últimos dos circuitos, hay una indicación de encendido que muestra la presencia de voltaje en la salida del puente de diodos, un disyuntor de 220 V, un fusible de devanado primario.

Aquí hay un ejemplo de un cargador de batería ajustable. con regulador de tiristores en el devanado primario, esencialmente la misma fuente de alimentación ajustable.

Por cierto, la corriente de soldadura también está regulada por un circuito similar:

Este artículo fue presentado anteriormente: Cómo hacer un regulador de corriente simple para un transformador de soldadura

Conclusión

Se utiliza un rectificador en las fuentes de alimentación para producir corriente continua a partir de una corriente alterna. Sin su participación, no será posible alimentar una carga de CC, por ejemplo, una tira de LED o un receptor de radio.

También se utiliza en una variedad de cargadores para baterías de automóviles, hay una serie de circuitos que utilizan un transformador con un grupo de tomas del devanado primario, que se conectan mediante un interruptor de llave, y solo se instala un puente de diodos en el devanado secundario. El interruptor se instala en el lado de alto voltaje, ya que allí la corriente es muchas veces menor y sus contactos no se quemarán.

De acuerdo con los diagramas del artículo, puede ensamblar la unidad de fuente de alimentación más simple tanto para el trabajo permanente con algún dispositivo como para probar sus productos electrónicos caseros.

Los circuitos no difieren en la alta eficiencia, pero producen un voltaje estabilizado sin ondulaciones especiales, debe verificar la capacitancia de los condensadores y calcular una carga específica. Son perfectos para amplificadores de audio de baja potencia y no crearán un fondo adicional. Una fuente de alimentación ajustable será útil para los entusiastas del automóvil y los electricistas para probar el relé regulador de voltaje del generador.

Se utiliza una fuente de alimentación ajustable en todas las áreas de la electrónica, y si se mejora mediante protección contra cortocircuitos o un estabilizador de corriente con dos transistores, obtendrá una fuente de alimentación de laboratorio casi completa.