Bases eléctricas — Fuente de alimentación y transformador
Explicación completa y visual (transformador, puente de diodos, filtrado y estabilizado).
Introducción
Una fuente de alimentación convierte la energía eléctrica disponible (por ejemplo, la red alterna) en tensiones y corrientes adecuadas para alimentar circuitos electrónicos. En esta página vemos las partes clásicas: transformador, puente de diodos, filtrado y estabilización. Cada bloque se explica con su propósito, teoría básica y un diagrama interactivo simple.
Transformador — ¿qué hace y por qué?
Qué hace: reduce (o aumenta) la tensión alterna manteniendo la potencia (aproximadamente). Está compuesto por dos bobinas y un núcleo magnético. La relación de vueltas determina la relación de transformación: $V_{\text{out}} = (N_{\text{sec}} / N_{\text{pri}}) \times V_{\text{in}}$.
Puente de diodos (rectificador)
Propósito: convertir la AC (alternating current) en pulsos DC (direct current) no filtrados. El puente de diodos (4 diodos) permite que la salida sea de media onda positiva tanto para crestas positivas como negativas — esto es rectificación de onda completa.
Aspectos clave: caída de diodo (~0.7 V para silicio), corrientes pico y pérdidas por conmutación.
Circuito filtrado (condensador)
Después del rectificador obtenemos un DC pulsante. Un condensador de filtro carga en las crestas y suministra corriente cuando la tensión cae entre crestas. Cuanto mayor sea la capacidad (F), menor ondulación (ripple), pero mayor tamaño y coste.
Cómo se elige C: para una corriente de carga I y frecuencia f (después del puente, frecuencia dobla la de la red si haces rectificación de onda completa), la ondulación aproximada es $\Delta V \approx I / (f \cdot C)$.
Ejemplo: I=0.5 A, f=100 Hz (red 50 Hz con rectificación onda completa), buscamos $\Delta V=0.5 \mathrm{~V} \rightarrow C = I / (f \cdot \Delta V) = 0.5 / (100 \cdot 0.5) = 0.01 \mathrm{~F} = 10000 \mu \mathrm{F}$
Circuito estabilizado (regulador)
Después del filtro tendremos una DC con pequeña ondulación. Para obtener una tensión estable (estabilizada) usamos reguladores: lineales (ej. 7805, LM317) o conmutados (buck/boost). Los lineales son simples y con bajo ruido pero desperdician potencia cuando la caída $(V_{\text{in}} - V_{\text{out}}) \times I$ es grande.
Regulador lineal: simple, poca EMI, se calienta si la caída es grande. Añade disipador si la potencia disipable > $P = (V_{\text{in}} - V_{\text{out}}) \times I$.
Regulador conmutado: eficiente (hasta >90%) pero más complejo y puede generar interferencias de conmutación.
Sistema completo: ejemplo práctico
Diagrama paso a paso: Red AC $\rightarrow$ Transformador $\downarrow \rightarrow$ Puente de diodos $\rightarrow$ Condensador de filtro $\rightarrow$ Regulador $\rightarrow$ Carga.
Si quieres construir una fuente de 5 V a 1 A, busca un transformador que entregue alrededor de 9–12 VAC en el secundario (asegura corriente suficiente), tu puente con diodos que soporten al menos 2 A y un condensador de filtro grande (por ejemplo 4700–10 000 μF). Luego un regulador 7805 o un módulo conmutado para mayor eficiencia.
Preguntas de repaso
- ¿Por qué no podemos usar únicamente DC en el primario del transformador?
- Explica en pocas palabras qué hace el puente de diodos.
- Cómo calcularías la capacidad de filtrado para una corriente de 0.2 A y ripple máximo 0.1 V en red de 50 Hz.