Una fuente de alimentación es uno de los circuitos más interesantes para quienes están empezando a estudiar electrónica.
El principio básico consiste en convertir la tensión alterna disponible en la red eléctrica en una tensión adecuada para alimentar un circuito o dispositivo determinado.
En este proyecto, construí una fuente de alimentación muy sencilla cuya salida está destinada principalmente a la carga lenta de baterías selladas de 12 V, como las utilizadas en los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI o UPS).
El montaje utiliza muy pocos componentes:
Transformador;
Diodos;
Condensador;
Fusible;
Interruptor de encendido y apagado.
Es un circuito sencillo, pero permite comprender varios conceptos fundamentales de la electrónica.
¿Por Qué Construí Esta Fuente de Alimentación?
Mi objetivo principal era disponer de una pequeña fuente de alimentación para cargar lentamente baterías selladas.
Por eso utilicé un transformador de:
12 V / 500 mA.
La corriente relativamente baja fue una elección intencionada, ya que quería realizar una carga lenta.
Este mismo montaje también ayuda a comprender cómo funciona una fuente de alimentación convencional.
Antes de Empezar: Seguridad con la Red Eléctrica
Este proyecto presenta una diferencia importante respecto a los pequeños circuitos alimentados por pilas o baterías:
El transformador se conecta directamente a la red eléctrica.
Esto significa trabajar con una tensión potencialmente mortal.
La parte del circuito conectada a la red debe estar completamente aislada y protegida dentro de una caja adecuada.
Nunca manipules el montaje mientras esté conectado a la corriente.
Si todavía no tienes experiencia trabajando con la tensión de red, utiliza este proyecto para comprender el circuito, pero realiza el montaje bajo la supervisión de una persona cualificada.
Componentes Utilizados
En el montaje original utilicé:
- 1 transformador de 12 V / 500 mA;
- 1 interruptor bipolar de doble tiro (DPDT);
- 1 fusible;
- 1 portafusibles;
- 2 diodos 1N4007;
- 1 condensador electrolítico de 1000 µF / 25 V;
- 2 pinzas de cocodrilo para conectar la batería.
Podemos Dividir la Fuente de Alimentación en Etapas
En lugar de observar todos los componentes al mismo tiempo, podemos dividir la fuente de alimentación en etapas:
Red eléctrica
↓
Transformador
↓
Rectificación
↓
Filtrado
↓
Salida de corriente continua
Cada etapa tiene una función específica.
Comprender esta secuencia es mucho más importante que limitarse a copiar las conexiones.
El Transformador
El primer componente es el transformador.
Tiene dos lados principales:
Primario
y
Secundario.
El primario se conecta a la red eléctrica.
El secundario proporciona una tensión más baja y está eléctricamente aislado del primario.
En mi caso, utilicé un transformador cuyo secundario proporciona:
12 V / 500 mA.
La Salida de 12 V del Transformador Es Alterna
Este detalle es fundamental.
Cuando decimos que el transformador tiene una salida de 12 V, nos referimos a:
12 V CA
o:
12 V de corriente alterna.
Todavía no tenemos una salida de corriente continua adecuada simplemente porque la tensión haya pasado por el transformador.
Necesitamos otra etapa:
La rectificación.
¿Para Qué Sirven los Diodos?
Los diodos permiten que la corriente circule predominantemente en un solo sentido.
Esta característica permite utilizarlos para convertir una tensión alterna en una tensión pulsante de una sola polaridad.
En mi montaje utilicé:
2 diodos 1N4007.
El 1N4007 es un diodo rectificador muy conocido y utilizado frecuentemente en fuentes de alimentación de baja frecuencia.
¿Por Qué Dos Diodos?
El uso de dos diodos es compatible con una configuración de rectificación de onda completa cuando el transformador tiene una toma central en el secundario.
En esta configuración, cada diodo conduce durante una parte del ciclo de la tensión alterna.
El resultado es una tensión rectificada que aprovecha ambos semiciclos.
Es diferente del conocido puente rectificador de cuatro diodos, pero el objetivo es similar:
Obtener una tensión de polaridad definida a partir de una tensión alterna.
¿Qué Ocurre Después de la Rectificación?
Después de los diodos, todavía no tenemos una tensión continua perfectamente estable.
Tenemos una forma de onda pulsante.
Podemos representarla así:
CA sinusoidal
↓
Rectificación
↓
CC pulsante.
Para mejorar esta tensión, utilizamos un condensador.
El Condensador de 1000 µF
En la fuente de alimentación utilicé un condensador electrolítico de:
1000 µF / 25 V.
Su función es ayudar a filtrar la tensión rectificada.
Durante los picos de tensión, el condensador almacena energía.
Entre esos picos, suministra parte de esa energía a la carga.
Esto reduce las fluctuaciones de tensión en la salida.
El Condensador Funciona como un Pequeño Depósito de Energía
Podemos imaginar una analogía con un depósito de agua.
La entrada no suministra agua continuamente con la misma intensidad.
El depósito se llena cuando el suministro es mayor y entrega agua cuando este disminuye.
Un condensador hace algo conceptualmente similar desde el punto de vista eléctrico:
Se carga
y
se descarga.
Como resultado, la tensión se vuelve menos pulsante.
¿Qué Es el Rizado?
Incluso después del filtrado, normalmente sigue existiendo cierta variación en la tensión continua.
Esta ondulación se denomina:
Rizado (ripple).
Cuanto mayor sea la corriente que demanda la carga y menor sea la capacitancia utilizada, mayor tenderá a ser el rizado, suponiendo que las demás condiciones permanezcan iguales.
Por eso, el condensador de filtrado desempeña un papel importante en el comportamiento de la fuente de alimentación.
Presta Atención a la Polaridad del Condensador Electrolítico
El condensador utilizado tiene polaridad.
Dispone de:
Un terminal positivo
y
un terminal negativo.
Debe conectarse correctamente.
Invertir la polaridad de un condensador electrolítico en una fuente de alimentación puede dañarlo y provocar una situación peligrosa.
Antes de conectar la alimentación al circuito, comprueba su polaridad.
¿Qué Significa 1000 µF / 25 V?
Son dos especificaciones diferentes.
1000 µF representa la capacitancia.
25 V representa la tensión máxima de funcionamiento especificada para el componente.
No debemos confundir estas dos magnitudes.
Un condensador de:
1000 µF / 25 V
no «suministra 25 V».
Tiene una capacitancia de 1000 µF y está diseñado para funcionar hasta una tensión máxima determinada.
La Salida No Es Necesariamente de 12 V CC Exactos
Este es un punto muy importante al estudiar las fuentes de alimentación.
Un transformador especificado para 12 V CA no significa que, después de los diodos y el condensador, obtengamos exactamente:
12,00 V CC.
La tensión alterna indicada en un transformador normalmente corresponde a su valor eficaz, o RMS.
El valor de pico de una onda sinusoidal es mayor.
Podemos aproximarlo mediante:
Vpico ≈ Vrms × 1,414
Para 12 V:
Vpico ≈ 12 × 1,414
Vpico ≈ 17 V
Después debemos tener en cuenta las caídas de tensión en los diodos y el comportamiento del circuito bajo carga.
Por lo tanto, es perfectamente posible medir una tensión de salida filtrada superior a los 12 V nominales del secundario, especialmente cuando no hay ninguna carga conectada.
La Tensión También Varía con la Carga
Cuando no hay ninguna carga conectada, podemos medir un determinado valor de tensión.
Cuando empezamos a consumir corriente, la tensión puede disminuir.
Esto depende del:
Transformador;
Sistema de rectificación;
Condensador;
Consumo de corriente.
Por eso es importante medir la fuente de alimentación en las condiciones en las que realmente se utilizará.
Esta Fuente de Alimentación No Está Regulada
En el montaje original no intenté construir una fuente de alimentación regulada porque no era necesario para la aplicación que tenía prevista.
Esto significa que no existe una etapa reguladora que mantenga electrónicamente una tensión de salida fija.
Básicamente, tenemos:
Transformación + rectificación + filtrado.
Por lo tanto, describir simplemente la salida como «12 V fijos» puede resultar técnicamente engañoso.
El transformador está especificado para 12 V, pero la tensión continua después de la rectificación y el filtrado depende de las condiciones de funcionamiento.
Una Fuente Filtrada y una Fuente Regulada No Son lo Mismo
Esta diferencia es importante.
Una fuente de alimentación puede estar:
Rectificada
y
filtrada
sin estar:
Regulada.
El filtrado reduce el rizado.
La regulación busca mantener la tensión de salida en un valor determinado, a pesar de las variaciones que se produzcan dentro de las condiciones de funcionamiento previstas.
En este proyecto no incluí un regulador.
¿Podríamos Añadir Regulación de Tensión?
Sí, dependiendo de la finalidad de la fuente de alimentación.
Existen varias maneras de hacerlo.
Podemos utilizar:
Reguladores lineales;
Convertidores conmutados;
Circuitos reguladores ajustables.
Sin embargo, añadir regulación convierte el proyecto en otro tipo de fuente de alimentación.
Para comprender los fundamentos, este sencillo montaje resulta bastante interesante.
El Límite de 500 mA Proviene Principalmente del Transformador
El transformador utilizado estaba especificado para:
12 V / 500 mA.
Por lo tanto, no debemos suponer que podemos conectar cualquier dispositivo de 12 V simplemente porque la tensión parezca adecuada.
La corriente también importa.
Si un dispositivo necesita:
2 A
esta pequeña fuente de alimentación no está diseñada para esa carga.
Tener la Tensión Correcta No Significa que la Fuente Sea Adecuada
Imagina dos dispositivos:
Dispositivo A → 12 V / 200 mA
Dispositivo B → 12 V / 2 A
Ambos funcionan con 12 V.
Pero sus necesidades de corriente son completamente diferentes.
Una fuente de alimentación capaz de alimentar el primero no necesariamente podrá alimentar el segundo.
Por eso debemos tener en cuenta tanto:
La tensión
como
la corriente.
El Fusible Es un Componente Importante
También incluí:
Un fusible
y
un portafusibles.
El fusible es un componente de protección.
Cuando la corriente supera las condiciones para las que se diseñó el sistema, puede interrumpir el circuito.
Esto ayuda a reducir las consecuencias de determinadas averías.
El Fusible No Debe Elegirse al Azar
Instalar cualquier fusible que encontremos en el banco de trabajo no es una buena práctica.
Sus especificaciones deben tener en cuenta:
La corriente normal de funcionamiento del circuito;
La corriente de arranque;
Las características del transformador;
La posición en la que está instalado.
Un fusible sobredimensionado puede no proporcionar la protección esperada.
El Interruptor de Encendido y Apagado
También utilicé un interruptor bipolar de doble tiro (DPDT) para encender y apagar la fuente de alimentación.
El interruptor que utilicé tenía un LED incorporado, lo que facilitaba comprobar cuándo estaba encendida la fuente.
Es un detalle sencillo, pero muy útil.
Con solo mirar la caja, podemos saber inmediatamente si el equipo está encendido.
Instalé el Interruptor y el Portafusibles en la Caja
Hice dos orificios en la caja Patola específicamente para instalar:
El interruptor
y
el portafusibles.
Después, los componentes quedaron fijados mecánicamente a la propia caja.
Esto es mucho mejor que dejar componentes conectados a la red eléctrica sueltos sobre el banco de trabajo.
A continuación, puedes ver que monté todo el conjunto dentro de una caja tipo Patola. Sin embargo, puedes montar tu circuito donde prefieras.
En la imagen de detalle que aparece a continuación, podemos ver los dos orificios realizados en la pequeña caja para alojar perfectamente el interruptor DPDT y el portafusibles. El interruptor DPDT que utilicé tiene un LED incorporado que se enciende al activar el interruptor, lo que facilita identificar cuándo está encendida la fuente de alimentación.
En la imagen siguiente, puedes ver tanto el interruptor DPDT como el portafusibles instalados en su lugar.
Después de este paso viene el montaje del circuito. El circuito es muy sencillo. En las imágenes siguientes puedes ver el circuito soldado. Debido a su simplicidad, utilicé un montaje punto a punto, también conocido como «montaje en araña». Esto significa que los terminales de un componente se sueldan directamente a los terminales de otro componente.
Después, solo queda colocar todo el circuito dentro de la caja y enchufarlo a la toma de corriente. Observa que no instalé un selector para cambiar la tensión de entrada. La tensión de entrada depende del transformador, cuyo devanado primario está diseñado para 110 V. No intenté construir una fuente de alimentación regulada, ya que no era necesario para mi aplicación.
La Caja No Sirve Solo para Mejorar la Apariencia
La caja cumple una función de seguridad extremadamente importante.
Dentro de la fuente de alimentación hay puntos conectados a la red eléctrica.
Estos puntos no deben quedar accesibles durante el uso normal.
La caja también protege:
Cables;
Soldaduras;
Componentes;
Conexiones.
Un circuito conectado a la red eléctrica nunca debería permanecer expuesto sobre una mesa durante su utilización.
Utilicé un Montaje Punto a Punto
Como el circuito tiene muy pocos componentes, no utilicé una placa de circuito impreso.
Empleé una técnica conocida popularmente como:
Montaje en araña.
Los terminales de los componentes se sueldan directamente entre sí.
Para pequeños circuitos experimentales, esta técnica puede resultar bastante práctica.
El Montaje en Araña No Significa un Montaje Desorganizado
Incluso sin una placa de circuito, debemos garantizar:
Conexiones mecánicamente firmes;
Aislamiento adecuado;
Separación suficiente entre los puntos de conexión;
Polaridades correctas.
Y, sobre todo en este proyecto, debemos mantener debidamente protegida la sección conectada a la red eléctrica.
Separa Físicamente el Primario y el Secundario
Esta es una práctica importante en cualquier montaje que utilice un transformador.
Por un lado, tenemos la sección conectada a la red eléctrica:
Entrada de CA → fusible → interruptor → devanado primario.
Por otro lado, tenemos la sección de baja tensión:
Devanado secundario → diodos → condensador → salida.
Mantener estas secciones físicamente separadas mejora la seguridad del montaje.
El Transformador También Proporciona Aislamiento
Un transformador convencional adecuado para este tipo de aplicación proporciona aislamiento galvánico entre sus devanados primario y secundario.
Esto significa que la salida no es simplemente una conexión eléctrica directa con la red.
Este aislamiento es una de las razones por las que el transformador es tan importante en este tipo de fuente de alimentación.
Mi Fuente de Alimentación Se Construyó para una Tensión de Red Específica
En el montaje original no instalé un selector de tensión.
El transformador que utilicé tenía un devanado primario diseñado para 110 V.
Por lo tanto, este montaje original no debe conectarse directamente a una red eléctrica con una tensión diferente.
Este detalle es especialmente importante hoy en día, cuando personas de distintos países y regiones pueden consultar el mismo contenido.
Comprueba Siempre la Tensión de Tu Red Eléctrica
Antes de utilizar cualquier transformador, comprueba las especificaciones de su devanado primario.
Existen transformadores diseñados para diferentes tensiones o con devanados que permiten configuraciones específicas.
Nunca supongas que:
«Es un transformador de 12 V, así que puedo enchufarlo a cualquier toma de corriente».
La especificación de 12 V corresponde al devanado secundario.
El devanado primario debe ser compatible con la red eléctrica utilizada.
¿Cómo Probar una Fuente de Alimentación Después del Montaje?
Antes de conectar cualquier batería o dispositivo, la primera prueba debe realizarse sin carga.
Con el multímetro ajustado a la escala adecuada, podemos comprobar la salida.
Verifica:
Polaridad;
Tensión de CC;
Estabilidad aparente.
Si el valor medido es muy diferente del esperado, apaga la fuente de alimentación y revisa el montaje.
Después Podemos Probarla con una Carga Adecuada
Medir únicamente la salida sin carga no es suficiente para evaluar completamente una fuente de alimentación.
Podemos conectar una carga conocida y observar:
Tensión;
Corriente;
Calentamiento del transformador;
Comportamiento general.
Esto ayuda a identificar problemas antes de conectar un dispositivo de mayor valor.
Las Pinzas de Cocodrilo Facilitan la Conexión
Como mi aplicación principal consistía en conectar la fuente de alimentación a baterías, utilicé:
Dos pinzas de cocodrilo.
Estas facilitan la conexión de los terminales de la fuente a los bornes de la batería.
Sin embargo, existe una precaución fundamental:
La polaridad.
Identifica Claramente el Positivo y el Negativo
No dependas únicamente de la memoria.
Utiliza una identificación visual clara.
Antes de conectar una batería, comprueba:
Positivo de la fuente → positivo de la batería
Negativo de la fuente → negativo de la batería.
Invertir las conexiones puede provocar daños y corrientes elevadas.
Ten Mucho Cuidado al Llamar «Cargador de Baterías» a una Fuente de Alimentación Sencilla
Aquí existe una distinción importante.
Una fuente de alimentación de CC sencilla no es automáticamente un cargador adecuado para cualquier tipo de batería.
Cada composición química de batería tiene sus propios requisitos de carga.
Existen baterías como:
Plomo-ácido;
NiCd;
NiMH;
Li-ion;
LiPo;
LiFePO4.
Sus métodos de carga son diferentes.
No Utilices Este Montaje para Cargar Baterías de Litio
Las baterías de litio requieren un control de carga adecuado.
Una fuente de alimentación sencilla formada por un transformador, diodos y un condensador no debe considerarse un sustituto de un cargador específico para:
Li-ion
o
LiPo.
El proyecto original estaba destinado a baterías selladas como las que se encuentran en los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI o UPS).
Incluso las Baterías Selladas Requieren Precaución
La batería debe ser compatible con:
La tensión aplicada;
La corriente;
El método de carga;
El tiempo de carga.
La idea de que «la carga lenta siempre es segura» no debe considerarse una regla universal.
Deben prevalecer las especificaciones del fabricante de la batería.
La Corriente Nominal del Transformador No Es un Controlador de Carga
Otro punto importante al revisar este proyecto es comprender que un transformador de 500 mA no significa necesariamente:
«La batería recibirá exactamente 500 mA durante todo el proceso de carga».
La corriente real dependerá del circuito y de las diferencias de tensión existentes.
Por lo tanto, un cargador con un control adecuado requiere una topología de circuito diseñada específicamente para la batería utilizada.
Sin Embargo, Como Proyecto Didáctico, Esta Fuente de Alimentación Enseña Mucho
Podemos observar prácticamente toda la secuencia fundamental de una fuente de alimentación lineal sencilla:
Transformación
↓
Rectificación
↓
Filtrado
↓
Alimentación de la carga.
Y podemos relacionar cada etapa con componentes reales.
Podemos Medir la Tensión Antes y Después de los Diodos
Con los procedimientos de seguridad adecuados, podemos estudiar el devanado secundario del transformador.
Antes de la rectificación, tenemos:
Tensión alterna.
Después de la rectificación:
Tensión pulsante con una polaridad definida.
Después del condensador:
Tensión de CC con menos rizado.
Es un excelente experimento para comprender lo que muestran los diagramas de los libros de texto.
Con un Osciloscopio Resulta Aún Más Interesante
Podemos visualizar las formas de onda en diferentes puntos de la sección aislada de baja tensión, siempre que el procedimiento y los equipos de medición sean adecuados.
Primero vemos una onda sinusoidal.
Después vemos la forma de onda rectificada.
Finalmente, observamos el efecto del condensador.
De esta manera, conceptos como:
CA;
CC;
Rectificación;
Filtrado;
Rizado
dejan de ser únicamente teoría.
El Condensador Modifica Visiblemente la Forma de Onda
Si examinamos el circuito rectificado sin filtrado y después añadimos el condensador, podemos apreciar claramente su función.
Este tipo de experimento es extremadamente interesante porque demuestra que el condensador no está ahí simplemente porque «el esquema dice que hay que instalar uno».
Tiene una función específica.
También Podemos Estudiar la Caída de Tensión en los Diodos
Un diodo real no se comporta como un componente ideal.
Cuando conduce, existe una caída de tensión en sus terminales.
Podemos medir esta diferencia y relacionarla con la tensión observada en la salida.
Así empezamos a comprender que los componentes reales tienen características que deben tenerse en cuenta al diseñar circuitos.
Podemos Estudiar el Efecto de la Carga
Otro experimento interesante consiste en comparar:
Fuente de alimentación sin carga
con:
Fuente de alimentación con carga.
La tensión puede cambiar.
El rizado puede aumentar.
El transformador puede calentarse más.
Todo esto nos ayuda a comprender que una fuente de alimentación debe diseñarse teniendo en cuenta la carga que se conectará a su salida.
Una Fuente de Alimentación Hace Mucho Más que «Convertir 110 V en 12 V»
El transformador realiza solamente una de las etapas.
Una fuente de alimentación de CC convencional puede incluir:
Reducción o transformación de la tensión;
Aislamiento;
Rectificación;
Filtrado;
Regulación;
Protección.
En este proyecto utilizamos una versión muy sencilla de este proceso, sin una etapa de regulación de tensión.
¿Por Qué Empezar con una Fuente de Alimentación Sencilla?
Porque reúne componentes básicos presentes en innumerables dispositivos electrónicos.
Cuando abrimos un aparato electrónico antiguo, frecuentemente encontramos:
Un transformador;
Diodos;
Condensadores.
Si comprendemos esta pequeña fuente de alimentación, empezamos a reconocer etapas similares en circuitos mucho más grandes.
Una Fuente de Alimentación Es una Excelente Introducción a la Electrónica
Con apenas unos pocos componentes podemos estudiar:
Tensión alterna;
Tensión continua;
Transformadores;
Diodos;
Condensadores;
Corriente;
Potencia;
Fusibles;
Seguridad eléctrica.
Es difícil encontrar un circuito tan sencillo que reúna tantos conceptos fundamentales.
Cómo Quedó Mi Montaje
Después de instalar el interruptor y el portafusibles, monté el circuito utilizando la técnica de montaje en araña y coloqué todo dentro de la caja Patola.
La fuente de alimentación original estaba formada por:
Transformador de 12 V / 500 mA;
Dos diodos 1N4007;
Condensador de 1000 µF / 25 V;
Fusible;
Interruptor de encendido y apagado;
Pinzas de cocodrilo en la salida.
No añadí un regulador de tensión porque no era necesario para la aplicación que tenía prevista en aquel momento.
Un Proyecto Sencillo que Ayuda a Comprender Circuitos Mucho Más Grandes
Una vez que comprendemos esta fuente de alimentación, podemos avanzar hacia proyectos que incluyan:
Puentes rectificadores;
Condensadores de mayor capacidad;
Reguladores lineales;
Protección contra cortocircuitos;
Limitación de corriente;
Salida ajustable;
Voltímetro y amperímetro.
Pero el principio fundamental sigue comenzando por las mismas etapas básicas.
Eso es precisamente lo que hace interesante este pequeño proyecto.
Puedes mirar una fuente de alimentación terminada y ver únicamente una caja.
O puedes comprender que:
El transformador reduce la tensión y proporciona aislamiento;
Los diodos rectifican;
El condensador filtra;
El fusible proporciona protección;
La carga recibe la energía.
Cuando empezamos a ver la electrónica de esta manera, los circuitos que inicialmente parecen complicados se vuelven mucho más fáciles de comprender.
¿Quieres Aprender Electrónica Comprendiendo lo que Realmente Ocurre Dentro de los Circuitos?
Construir una fuente de alimentación como esta es una excelente manera de comprobar cómo los componentes estudiados individualmente empiezan a tener mucho más sentido cuando trabajan juntos.
Los transformadores, diodos, condensadores, resistencias, transistores y circuitos integrados constituyen los bloques fundamentales de innumerables dispositivos electrónicos.
En el Curso de Electrónica Aplicada al Audio, estos componentes se estudian de manera práctica, relacionando los fundamentos de la electrónica con fuentes de alimentación, amplificadores y otros circuitos presentes en los equipos de audio.
El objetivo es ayudarte a dejar de limitarte a copiar esquemas y empezar a comprender el recorrido de la alimentación, el recorrido de la señal y la función de cada componente dentro de un circuito electrónico.
Para seguir explorando gratuitamente contenidos sobre fuentes de alimentación, rectificación, filtrado, reguladores, convertidores y proyectos de alimentación, visita también la sección de Fuentes y Alimentación.