En nuestro Curso de Electrónica vimos qué son la reactancia capacitiva y la reactancia inductiva. Aprovechando estos conocimientos emprenderemos un interesante proyecto; una pequeña fuente de alimentación, que no usa transformadores y que sirve perfectamente para brindar energía a radios pequeñas, calculadoras u otros dispositivos que no precisen más de 30 mA de comente.
El transformador es un elemento imponente en una fuente, de alimentación, pues además de proveer una tensión fija en su secundaria, fácilmente elaborada por circuitos rectificadores y reguladores, tiene también la ventaja de aislar la red local del aparato alimentado.
En términos de seguridad esto significa la ausencia de riesgo de choques o cortos peligrosos.
Con una fuente sin transformador no tenemos la misma seguridad, pero sí otras ventajas como por ejemplo la economía representada por la eliminación de este componente y el menor tamaño del montaje que se obtiene.
La fuente que proponemos puede dar tensiones entre 3 y 12V con corrientes que no deben superar los 50 mA. Podemos alimentar los siguientes aparatos:
Radios de dos y cuatro pilas pequeñas
Calculadores
Aparatos alimentados por batería de 9V
Circuitos experimentales
El principio de funcionamiento será analizado a continuación, con algunos procedimientos de cálculo importantes para que los lectores proyecten sus propias fuentes sin transformador.
Funcionamiento y Proyecto
En la figura 1 tenemos el circuito básico de una fuente sin transformador.
Como podemos ver, el elemento principal del proyecto es el capacitor C que debe tener una reactancia capacitiva calculada de modo que forme con el diodo zener un divisor de tensión en que circula la corriente máxima del aparato alimentado.
Suponiendo que la corriente deseada para la fuente sea l, podemos calcular el valor de la reactancia de C (Xc) de la siguiente forma:
Xc = (V - Vz)/l
Donde: Xc es la reactancia de C en ohm
V es la tensión de entrada de la fuente
Vz es la tensión zener que es la tensión de salida de la fuente más 0,7 V
l es la corriente en el divisor
Para los efectos prácticos es interesante dimensionar la corriente en el divisor de tal modo que sea el doble de la corriente máxima exigida por el circuito alimentado.
Tomemos un ejemplo práctica: queremos una fuente de 12V x 20 mA a partir de la red de 220V.
Xc será dada por:
Xc = (220 v -12V)/20 x 103
Xc = 10,4 x 103
Xc = 10.400 ohm
Siendo la frecuencia de la red de alimentación de 50 Hz, podemos fácilmente calcular el valor de capacidad necesario para presentar esta reactancia.
C = 1/(2 x 3,14 x t x Xc)
Donde: C es la capacidad en farad
f es la frecuencia en Hertz (50 Hz)
Xc es la reactancia calculada en ohm
Para nuestro caso tenemos:
C = 1(2 x 3,14 x 50 )( 10400)
C = 1/3.265.600
C = 0,3x10-6F : 0,3 µF
La tensión de aislamiento debe ser de por lo menos 450V
Note que este capacitor es despolarizado. Su reactancia, en la frecuencia indicada provocará la caída de tensión deseada.
En el diodo zener circulará una corriente de 20 mA, en la ausencia de carga, lo que junto a su tensión implicará una cierta potencia desarrollada. El diodo zener debe ser capaz de disipar esta potencia.
El cálculo se hace de la siguiente forma: partiendo de te ley de Joute tenemos
P = V x l
P = 12 V x 0,02 A = 0,24 watt
P = 0,24 watt
Dando un margen de seguridad por lo menos del 50 %, recomendamos el uso de un zener de 0,5 watt.
EI resistor R conectado a la entrada de la fuente tiene por finalidad proteger el circuito contra sobretensiones. Una fórmula empírica para calcular-Io es:
R = 3/I
Donde I es la corriente máxima de la carga.
En nuestro caso:
R = 3/0,02
R = 150 ohm
Su disipación será:
P=R x I2
P = 150 x (0,02)2
P = 0,06 watt
Un resistor de 1/4 watt sirve perfectamente.
El diodo D1, rectificador, puede ser un 1N4001 (1A )( 50V) y el filtrado puede calcularse mediante la fórmula
C1 = 0,2 x I/Vc donde
I es la corriente de carga en ampere
Vc es la tensión en la carga en volt
En nuestro caso:
C1 = 0,2 x 0,02/12
Ci = 333 x 10-6 = 333 µF
Su tensión de trabajo será 50% por encima (por lo menos) de la tensión de carga. Un capacitor de 470 µF x 16V será excelente para esta aplicación, con los debidos márgenes de seguridad y aproximación a valores comerciales.
Con esto llegamos al circuito final de la figura 2.
Montaje
EI circuito de la figura puede montarse en un punto de terminales o pequeña placa de circuito impreso.
La conexión al aparato alimentado puede hacerse por medio de un enchufe P1 adaptando al aparato alimentado un enchufe hembra P2 del tipo circuito cerrado.
La conexión de la fuente desconecta automáticamente las pilas del aparato alimentado operando solamente la fuente.
Dz Diodo zener de 12 V x 0,5 W
D1 1N4001 ó equivalente
Cx 0,33 µF x 250 V capacitor de poliéster
C1 470 µF x 16 V (333 realmente) capacitor electrolítico
Rx 150 ohm x 1/4 W resistor (marrón, verde, marrón)
Varios: Puente de terminales, caja para el montaje, enchufes hembra y macho tipo circuito cerrado, cable de alimentación, alambres y soldadura.
(Publicado originalmente en 1988)
