Quien empieza a montar circuitos electrónicos rápidamente se da cuenta de que hay un equipo que acaba utilizándose prácticamente todo el tiempo:
la fuente de alimentación.
Las pilas y las baterías son útiles, pero no siempre tenemos exactamente la tensión que necesitamos.
Para un proyecto, podemos necesitar:
3 V;
para otro:
5 V;
después:
9 V;
o quizás:
12 V.
Una solución muy útil para el banco de trabajo es utilizar una fuente de alimentación variable, que nos permite ajustar la tensión de salida según las necesidades del circuito.
Y se vuelve aún más útil cuando también podemos visualizar:
la tensión y la corriente consumida por el proyecto.
En este vídeo muestro precisamente eso: una fuente de alimentación variable casera con medidor de tensión y corriente.
¿Para Qué Sirve una Fuente de Alimentación Variable?
Imagina que acabas de terminar de montar un pequeño circuito.
Está diseñado para funcionar con:
6 V.
Si solamente tenemos una fuente de 12 V, no podemos conectarla directamente al circuito.
Necesitamos proporcionar una tensión adecuada.
Una fuente variable nos permite ajustar su salida antes de conectar el proyecto.
Podemos seleccionar, por ejemplo:
5 V → 6 V → 9 V → 12 V
dependiendo de lo que estemos probando y de los límites de la propia fuente.
Esto convierte al equipo en una herramienta extremadamente versátil para un banco de electrónica.
¿Por Qué No Utilizar Solamente Pilas?
Podemos hacerlo.
Para determinados experimentos, las pilas y las baterías son excelentes.
El problema es que, cuando empezamos a experimentar con varios circuitos, necesitaríamos diferentes combinaciones de baterías para conseguir distintas tensiones.
Además, durante las pruebas podemos querer modificar gradualmente la tensión.
Con una fuente variable podemos hacer exactamente eso:
ajustar → medir → probar → reajustar.
Es una herramienta mucho más práctica para experimentar.
Mira Mi Fuente de Alimentación Variable Casera
En el siguiente vídeo presento la fuente que construí y muestro su funcionamiento, incluidas las mediciones de tensión y corriente.
Fuente de Alimentación Variable Casera — Con Medidor de Tensión y Corriente
Después de conocer el proyecto, podemos comprender mejor por qué estas dos mediciones son tan importantes en una fuente de banco.
El Voltímetro Muestra la Tensión
La primera información que queremos conocer es:
¿qué tensión estoy aplicando al circuito?
La unidad utilizada es el:
voltio (V).
Si ajustamos la fuente a aproximadamente 5 V, por ejemplo, el voltímetro nos permite comprobar el valor real presente en la salida.
Esto es mucho mejor que depender únicamente de la posición de un mando.
Tenemos una:
medición real.
El Amperímetro Muestra el Consumo de Corriente del Circuito
La segunda información es todavía más interesante:
¿cuánta corriente está consumiendo el circuito?
La corriente se mide en:
amperios (A)
o, para valores menores:
miliamperios (mA).
Así, cuando conectamos un proyecto a la fuente, podemos observar algo como:
5,0 V — 80 mA
o:
12,0 V — 1,2 A.
Ahora no conocemos solamente la tensión aplicada.
También empezamos a observar:
cómo se está comportando el circuito.
¿Por Qué Es Tan Útil Conocer la Corriente?
Imagina un pequeño circuito que normalmente debería consumir alrededor de:
100 mA.
Enciendes el proyecto y observas:
900 mA.
Esto llama inmediatamente la atención.
Puede existir:
un cortocircuito;
un componente conectado incorrectamente;
una sobrecarga;
un motor bloqueado;
un componente defectuoso.
Por lo tanto, el amperímetro no sirve solamente para satisfacer nuestra curiosidad.
Puede funcionar como una importante:
herramienta de diagnóstico.
La Tensión y la Corriente No Son lo Mismo
Esta diferencia es fundamental.
La fuente establece una determinada:
tensión.
La carga conectada determina, según sus características y las del circuito, cuánta corriente demandará.
Imagina una fuente ajustada a:
12 V
y capaz de suministrar hasta:
5 A.
Esto no significa que necesariamente vaya a introducir 5 A en cualquier circuito conectado.
Si una determinada carga consume solamente:
200 mA,
circularán aproximadamente esos 200 mA en condiciones normales de funcionamiento.
La especificación de 5 A de la fuente representa su capacidad máxima de suministro de corriente, no una corriente que necesariamente se aplicará a la carga.
La Fuente Debe Soportar la Corriente Necesaria
Ahora imagina la situación contraria.
Tenemos un equipo que necesita:
12 V y 3 A.
Nuestra fuente proporciona:
12 V, pero solamente puede suministrar 1 A.
La tensión nominal es correcta, pero la fuente no tiene capacidad suficiente para alimentar adecuadamente esa carga.
Puede:
reducir su tensión de salida;
entrar en modo de protección;
sobrecalentarse;
o incluso dañarse, dependiendo de su diseño.
Por eso siempre debemos pensar en:
tensión + corriente.
Y Podemos Calcular la Potencia
Conociendo la tensión y la corriente, podemos calcular aproximadamente la potencia eléctrica en una carga de corriente continua:
P = V × I
donde:
P = potencia en vatios V = tensión en voltios I = corriente en amperios
Imagina que el indicador muestra:
12 V
y:
1,5 A.
Tenemos:
P = 12 × 1,5
P = 18 W.
Por lo tanto, en ese punto estamos suministrando aproximadamente:
18 vatios.
¿Por Qué Es Tan Útil una Fuente de Banco para Realizar Pruebas?
Una de sus grandes ventajas es poder observar el circuito mientras modificamos sus condiciones de alimentación.
Imagina un proyecto que debe funcionar entre:
6 V y 12 V.
Podemos comenzar con una tensión menor y aumentarla gradualmente, respetando siempre las especificaciones del circuito.
Mientras hacemos esto, podemos observar:
tensión;
corriente;
calentamiento;
funcionamiento.
Esto proporciona mucha más información que simplemente conectar una batería y comprobar:
«¿funcionó o no funcionó?».
Podemos Detectar Problemas Observando la Corriente
Supongamos que estamos probando un pequeño motor.
Sin carga, observamos:
300 mA.
Aplicamos una carga mecánica y encontramos:
700 mA.
Aumentamos todavía más la carga:
1,2 A.
Estamos observando eléctricamente lo que está sucediendo mecánicamente.
Cuanto mayor sea el esfuerzo exigido al motor, mayor puede ser su corriente.
Si impedimos completamente que su eje gire, la corriente puede alcanzar un valor muy elevado.
Es lo que se conoce como:
corriente de rotor bloqueado, o stall current.
Esto demuestra por qué una fuente con indicador de corriente resulta tan útil.
La Limitación de Corriente Es Otra Función Importante
Las fuentes de banco más completas pueden permitirnos no solo ajustar la tensión, sino también establecer un:
límite de corriente.
Imagina que estamos encendiendo por primera vez un circuito que debería consumir aproximadamente:
100 mA.
Podemos establecer un límite relativamente bajo y alimentar el circuito con mayor control.
Si existe algún problema y el circuito intenta consumir una corriente muy elevada, la fuente puede limitarla.
Esta función se conoce como:
current limiting, o limitación de corriente.
Tensión Constante y Corriente Constante
En las fuentes con control de corriente encontramos frecuentemente dos modos de funcionamiento:
CV — Constant Voltage (tensión constante)
y:
CC — Constant Current (corriente constante).
En el modo CV, la fuente intenta mantener la:
tensión ajustada.
En el modo CC, cuando la carga intenta demandar una corriente superior al límite establecido, la fuente reduce su tensión según sea necesario para mantener aproximadamente:
la corriente limitada.
Esta es una función muy útil en una fuente de banco.
Sin embargo, es importante no confundir las siglas CC de Constant Current con la abreviatura portuguesa CC de corrente contínua (corriente continua); el contexto indica qué significado se está utilizando.
Una Fuente Casera Necesita Límites Bien Definidos
Construir nuestra propia fuente es una excelente experiencia de aprendizaje.
Pero necesitamos conocer las limitaciones del circuito utilizado.
Una fuente tiene límites de:
tensión;
corriente;
potencia;
temperatura.
Si el circuito regulador puede suministrar una determinada corriente máxima, no podemos simplemente instalar un indicador de 10 A y concluir que nuestra fuente ahora puede proporcionar:
10 A.
El medidor solamente:
mide.
El circuito de potencia determina la capacidad de la fuente.
El Transformador También Tiene Límites
En las fuentes que utilizan un transformador de red, el transformador tiene sus propias especificaciones.
No puede suministrar una potencia ilimitada.
Si tenemos un determinado valor de tensión y una determinada capacidad de corriente, también tenemos una capacidad aproximada de:
potencia.
Además, después del transformador todavía pueden existir etapas de:
rectificación;
filtrado;
regulación.
Cada etapa debe dimensionarse adecuadamente.
De la Corriente Alterna a la Corriente Continua
En una fuente lineal tradicional alimentada por la red eléctrica, podemos encontrar una secuencia similar a esta:
red eléctrica
↓
transformador
↓
tensión alterna reducida
↓
rectificador
↓
corriente continua pulsante
↓
condensador de filtrado
↓
tensión continua
↓
regulador
↓
salida ajustable.
Cada etapa tiene una función específica.
Esto es lo que transforma la energía disponible en la red en una tensión adecuada para nuestros pequeños circuitos electrónicos.
¿Para Qué Sirven los Diodos Rectificadores?
Después de reducir la tensión alterna, necesitamos convertirla en una tensión unidireccional.
Podemos utilizar:
diodos.
Una configuración muy conocida es el:
puente rectificador.
Utiliza diodos para producir en la salida una corriente con polaridad definida a partir de la tensión alterna aplicada en la entrada.
Pero esta salida todavía no es una tensión continua perfectamente uniforme.
El Condensador Ayuda con el Filtrado
Después de la rectificación, normalmente utilizamos un:
condensador de filtrado.
Almacena energía cuando la tensión aumenta y suministra parte de esa energía cuando la tensión rectificada disminuye.
El resultado es una reducción del:
rizado — ripple.
Así obtenemos una tensión mucho más adecuada para su posterior regulación.
Y Finalmente Ajustamos la Tensión
Después de la rectificación y el filtrado, podemos utilizar un circuito regulador para obtener la tensión deseada.
Dependiendo del diseño, esto puede realizarse mediante:
reguladores lineales;
transistores;
convertidores conmutados;
u otras topologías.
Cada solución presenta ventajas y limitaciones.
Una fuente lineal, por ejemplo, puede ser muy interesante para determinadas aplicaciones, pero puede disipar bastante calor cuando existe una gran diferencia entre la tensión de entrada y la de salida.
¿Por Qué Puede Calentarse el Regulador?
Imagina un regulador lineal que recibe:
15 V
y suministra:
5 V a 1 A.
Tenemos aproximadamente:
10 V
a través del regulador.
La potencia disipada será aproximadamente:
P = (15 − 5) × 1
por lo tanto:
10 W.
Es una cantidad considerable de calor.
Por eso encontramos frecuentemente:
disipadores de calor
en las fuentes lineales.
Un Disipador No Es Simplemente un Trozo de Metal
Su función es facilitar la transferencia de calor desde el componente hacia el ambiente.
Podemos imaginarlo así:
semiconductor
↓
encapsulado
↓
disipador
↓
aire.
Esto crea una relación muy interesante entre este proyecto y el estudio de:
potencia y temperatura.
Una fuente de alimentación no es solamente un proyecto eléctrico.
También tiene aspectos:
térmicos.
La Carcasa También Es Importante
Cuando construimos una fuente casera, necesitamos pensar más allá del circuito.
También existe la:
construcción física.
Necesitamos organizar:
conectores;
medidores;
mando de ajuste;
interruptor;
cables;
ventilación.
Un montaje organizado hace que la fuente resulte mucho más cómoda y segura de utilizar en el banco de trabajo.
Presta Especial Atención a la Red Eléctrica
Aquí existe una diferencia importante respecto a muchos proyectos de baja tensión.
Si la fuente se alimenta directamente de la red eléctrica, existen puntos internos que pueden funcionar con:
tensiones peligrosas.
Esto exige precauciones adecuadas relacionadas con:
aislamiento;
fusibles;
cables;
conexiones;
carcasa;
puesta a tierra, cuando corresponda.
No debemos tratar la parte conectada a la red de la misma manera que tratamos un pequeño circuito alimentado por pilas.
Para quienes están empezando, una alternativa más segura para experimentar es trabajar con una fuente de alimentación de corriente continua externa y aislada, y construir únicamente la etapa de regulación de baja tensión.
Una Fuente Cambia Nuestra Forma de Trabajar en el Banco
Antes de tener una fuente variable, muchos experimentos terminan comenzando así:
«¿Dónde está aquella pila de 9 V?».
o:
«¿Tendré por aquí una fuente de 6 V?».
Con una fuente de banco, el procedimiento cambia:
ajusto la tensión
↓
conecto el circuito
↓
observo la corriente
↓
realizo la prueba
↓
modifico las condiciones si es necesario.
Se convierte en un instrumento utilizado prácticamente en todos los demás proyectos.
El Indicador Convierte la Fuente en un Instrumento de Diagnóstico
Este es quizás el aspecto más interesante de la fuente presentada en el vídeo.
No tenemos solamente:
energía que sale.
También tenemos:
información que recibimos.
El voltímetro nos indica:
qué está entregando la fuente.
El amperímetro nos ayuda a comprender:
cómo está respondiendo la carga.
Esto nos permite utilizar la fuente no solo para alimentar circuitos, sino también para:
comprenderlos.
Una Herramienta Fundamental para Aprender Electrónica
Construir una fuente variable es uno de esos proyectos que siguen siendo útiles mucho después de terminar el experimento.
La construyes una vez y después la utilizas para probar:
LED;
motores;
amplificadores;
circuitos con transistores;
Arduino;
módulos electrónicos;
proyectos de audio.
Y con cada nuevo circuito conectado, los indicadores de tensión y corriente ayudan a responder dos preguntas fundamentales:
¿qué tensión estoy suministrando?
y:
¿cuánta corriente está consumiendo mi circuito?
Cuando empezamos a responder estas preguntas mediante mediciones en lugar de suposiciones, nuestro banco de trabajo deja de ser simplemente un lugar donde montamos circuitos.
Se convierte en un lugar donde podemos:
experimentar, medir, diagnosticar y aprender electrónica.
¿Quieres Aprender Más Sobre Electrónica en la Práctica?
Una fuente de banco está directamente relacionada con muchos conceptos fundamentales de la electrónica:
tensión;
corriente;
potencia;
diodos;
rectificación;
condensadores;
filtrado;
regulación;
disipación de calor.
Estos mismos conceptos aparecen constantemente cuando construimos y analizamos circuitos de audio.
En mi Curso de Electrónica Aplicada al Audio, trabajo estos fundamentos de manera práctica para que no te limites a copiar esquemas: la idea es comprender qué está sucediendo en cada parte del circuito y saber cómo utilizar las mediciones para encontrar problemas. https://www.alexbaroni.com.br/pv_1h_linear/pv_audio_elet/
Para seguir explorando gratuitamente contenidos sobre fuentes de alimentación, reguladores, rectificación, filtrado, convertidores y proyectos de banco, visita también la sección de Fuentes y Alimentación.