ALIMENTACIONES.

1.- INTRODUCCIÓN.

La mayoría de los equipos del "shack" del radioaficionado funcionan con una tensión de 12 voltios, (13,8 voltios, para ser más exactos), por lo que un elemento indispensable es una fuente de alimentación que entregue la tensión indicada y con una intensidad suficiente para alimentar los equipos de la estación. En anteriores artículos publicados en esta revista se han propuesto distintos montajes para la alimentación de los equipos, cada uno con sus características particulares. A juzgar por los comentarios de los lectores, algunos aspectos de estos montajes no han quedado suficientemente explicados, por lo que, en las siguientes líneas haremos una recopilación de las principales características de estos circuitos y se propondrá la construcción de una fuente de alimentación aprovechando la experiencia obtenida hasta el momento con los diferentes montajes.

2.- TIPOS DE FUENTE.

2.1.- TRANSFORMADOR.

El tipo clásico de fuente de alimentación está formado por un transformador, que reduce la tensión de la red de 220 voltios a una tensión de 15 voltios aproximadamente, un rectificador en puente o con dos diodos en onda completa, condensadores de filtro y circuito de regulación, para obtener 13,8 voltios nominales. El transformador debe ser capaz de suministrar la intensidad de corriente suficiente para alimentar el/los equipo/s de la estación. Normalmente no se necesitan intensidades superiores a los 10 - 15 amperios, a menos que se alimenten varios equipos al mismo tiempo. El rectificador también debe soportar esta intensidad de corriente y los condensadores de filtro deben tener la capacidad suficiente para mantener la tensión de salida frente a grandes consumos.

La estabilización de la tensión de salida se produce al variar la resistencia interna de un conjunto de transistores en paralelo y conectados en serie con la salida de tensión. Estos transistores tienen su base conectada al circuito de regulación, tal como se puede ver en la figura número uno, que nos muestra un circuito simplificado de este tipo de fuentes.

El circuito de regulación puede estar construido con componentes discretos o con circuitos integrados. Un integrado muy utilizado ha sido el circuito LM723, que tiene el inconveniente de ser bastante sensible a los campos de RF presentes en la estación de radio, aunque permite variar la tensión de salida de la fuente. En su lugar se utilizan con más éxito los reguladores fijos de la serie 78xx, que no presentan este inconveniente.

Un montaje muy utilizado es el que se puede ver en la figura número dos, en el que los transistores de paso están conectados en la línea negativa de alimentación y el circuito de regulación está formado por un regulador de la serie 79xx. De esta manera los transistores se pueden sujetar directamente sobre el disipador sin micas aislantes, con lo que la transferencia del calor es mejor. Por añadidura, este montaje es insensible a la RF por lo que su funcionamiento es muy estable.

Las fuentes de alimentación con transformador tienen el inconveniente de su peso y volumen, lo cual no es demasiado importante en una utilización fija. Por otra parte, los transistores reguladores generan bastante calor, por lo que, para un funcionamiento seguro, deben montarse sobre grandes disipadores.

Este tipo de fuentes con transformador ha sido muy utilizado, pero está siendo desplazado por otros tipos con mayor rendimiento, como las fuentes conmutadas.

2.2.- BATERÍA.

Una solución utilizada por el autor durante un cierto tiempo es la alimentación de los equipos de la estación de radio mediante una batería de automóvil, complementada con un circuito de carga y un circuito de control de dicha carga. Este sistema se puede ver en la figura número tres.

Esta batería esta conectada a un circuito de control que detecta su tensión y procede a la recarga cuando la tensión de la batería cae por debajo de un cierto valor. Al alcanzar la tensión adecuada, el circuito de carga se desconecta. Este sistema, a juicio del autor, presenta algunas ventajas frente a las fuentes de alimentación clásicas. Es posible encontrar baterías de automóvil a precios realmente bajos. Una batería de este tipo es capaz de dar una tensión muy constante, así como grandes picos de corriente, muy por encima de lo que se pueda necesitar normalmente. Es totalmente inmune a la radiofrecuencia y su volumen y peso es comparable e incluso menor que una fuente de alimentación de tipo clásico.

Como la batería suministra una tensión bastante constante, con independencia de la intensidad de la corriente consumida, no necesitamos ningún circuito regulador, por lo que no se produce disipación de calor, como sucede en las fuentes convencionales.

El circuito de carga se puede construir con materiales económicos y de fácil adquisición. Sus componentes tales como transformador, rectificador, filtro, etc. son de tipo corriente, su precio no es elevado y se encuentran fácilmente. Por tanto su construcción no presenta mayor problema. Este sistema tiene la ventaja adicional de que está siempre disponible, por lo que es muy adecuado para su utilización en lugares donde haya cortes habituales en el suministro de energía eléctrica.

Con este sistema de alimentación es preciso controlar el nivel de agua de la batería cada cierto tiempo, de la misma manera que hacemos con la batería del automóvil. Además, no es un sistema que se pueda transportar fácilmente debido al peso de la batería.

Un problema que se puede presentar es que algunos equipos no funcionan correctamente si la tensión de alimentación no es de los 13,8 voltios nominales, por lo que, si la batería no está a plena carga, su tensión será algo inferior, digamos 12 voltios, por lo que el citado equipo no funcionará correctamente, situación ocurrida con un transceptor del autor.

2.3.- CONMUTADA.

Las fuentes de alimentación modernas son en su mayoría conmutadas, "switching". Los ordenadores, monitores, televisores y la mayoría de aparatos electrónicos incorporan fuentes de este tipo, que se caracterizan por un mejor rendimiento que otros tipos.

En este tipo de fuentes la regulación de la tensión de salida se realiza tomando una muestra de esta tensión y aplicándola a la entrada del amplificador de error del circuito integrado regulador. Un tipo muy común de este regulador es el integrado TL494. Este integrado incorpora todas las funciones necesarias para la construcción de un circuito de Modulación de Ancho de Impulso (Pulse Width Modulation, PWM) y está diseñado para el control de fuentes de alimentación. Contiene en su interior dos amplificadores de error, un oscilador ajustable, un comparador, un flip-flop de control, circuitos de salida y un regulador interno.

El esquema simplificado de una fuente de ordenador se puede ver en la figura número cuatro. La tensión de 220 Voltios de la red se aplica a un circuito rectificador y filtro que produce una tensión sin estabilizar de 300 voltios aproximadamente. Esta tensión alimenta los transistores de potencia conectados al primario del transformador de potencia. Así mismo, esta tensión sin estabilizar de 300 voltios se aplica a un circuito oscilador conectado al primario de un transformador, en cuyo secundario se encuentra un circuito rectificador que genera una tensión auxiliar de 12 Voltios, que hará que comience a oscilar el integrado TL494.

Este integrado, a través de dos transistores y un transformador de aislamiento, genera dos ondas cuadradas en oposición de fase para excitar los transistores de potencia. Como consecuencia de esto, en el secundario del transformador de potencia se generan unas tensiones alternas, que una vez rectificadas, proporcionan las tensiones de +5 Voltios, +12 Voltios y otras tensiones auxiliares. De la salida de tensión de +5 Voltios se toma una muestra mediante un divisor de tensión, R1 y R2, que se aplica a la entrada del amplificador de error del TL494. De esta manera, si la tensión de salida tiende a subir, el ancho de los impulsos aplicados a las bases de los transistores de potencia se reduce, compensando el posible aumento la tensión.

El radioaficionado puede utilizar ventajosamente fuentes de ordenador para la alimentación de los equipos de la estación, pues estas fuentes tienen una salida de 12 voltios a una intensidad aproximada de 10 amperios, dependiendo del tipo de fuente.

La fuente de ordenador tiene varios cables de salida, de color amarillo para la tensión de 12 voltios y de color rojo para la tensión de 5 voltios. Hay otros cables de distintos colores para otras tensiones auxiliares. La primera operación a realizar para poner en funcionamiento una fuente de ordenador es conectar una resistencia de 1K entre el cable de color verde y cualquier cable de color negro. Esta operación equivale a accionar el pulsador situado en el frontal del ordenador. Conectando la fuente a la red, debe funcionar de inmediato, lo que se aprecia por el giro del ventilador.

Si medimos la tensión de 12 voltios entre un cable amarillo y uno negro, comprobaremos que normalmente no alcanza este valor, por lo que será preciso actuar sobre la tensión de error para elevar la tensión de salida hasta 13,8 voltios nominales. Para ello tomamos una resistencia de un cierto valor, por ejemplo 47K, y la conectamos entre el polo negativo y la patilla correspondiente a la entrada del amplificador de error, que en el integrado TL494 corresponde a la patilla número uno. Observaremos que la tensión medida en el cable amarillo, aumenta de valor, lo que quiere decir que estamos derivando a masa una parte de la tensión de error y el integrado regulador está ensanchando los impulsos de salida, lo que tiene como consecuencia el aumento de tensión. En lugar de una resistencia fija podemos conectar un potenciómetro, con lo que conseguiremos ajustar mejor la tensión de salida.

En este punto es preciso indicar, que NO todas las fuentes permiten la misma variación en la tensión de salida. Hay algunas que permiten subir hasta 18 voltios y otras no pasan de 13 voltios, pues llegado a este punto se desconectan. Para que la fuente entregue con seguridad 13,8 voltios es preciso que su tensión de salida se pueda ajustar por encima de 15 o 16 voltios. Solamente la experimentación nos podrá indicar si una fuente es apropiada o no para este fin.

Otra posibilidad esta en conectar tres fuentes en serie utilizando la salida de 5 voltios. De esta manera tendremos una tensión total de 15 voltios que será preciso reducir para tener 13,8 voltios nominales, por lo que habrá que ajustar la tensión de cada fuente a 4,6 voltios. En este caso conectaremos la resistencia de 47K entre la patilla número uno del integrado regulador TL494 y la salida de 5 voltios y al aplicar una mayor tensión de error, el ancho de los pulsos disminuye y se reduce la tensión de salida. Como en el caso anterior, podemos conectar un potenciómetro en lugar de la resistencia fija y así ajustar la tensión de salida con más precisión.

La utilización de la salida de 5 voltios proporciona una intensidad mayor, que dependiendo de las fuentes utilizadas puede alcanzar el respetable valor de 30 amperios.

La experiencia nos dice que es más fácil reducir la tensión de 5 voltios a 4,6 voltios que elevar la tensión de 12 voltios a 13,8 voltios, por lo que parece que es preferible usar tres fuentes en serie, como se ha indicado. Afortunadamente las fuentes de ordenador son muy económicas y si tenemos cerca un taller dedicado a la reparación de ordenadores, seguramente podremos conseguir estas fuentes procedentes de ordenadores que ya no se usen, a un precio muy reducido.

La potencia que es capaz de entregar una fuente y por tanto la intensidad máxima depende de los límites eléctricos de sus componentes, transistores, transformador, etc. En la figura número cinco podemos ver una fuente marcada con una potencia de 300 vatios, mientras que la figura número seis nos muestra una fuente de una potencia de 350 vatios, según el fabricante. Se puede observar que la primera fuente de 300 vatios tiene un transformador de mayores dimensiones así como disipadores también de mayor tamaño, por lo que no parece que la segunda fuente pueda entregar la potencia que indica el fabricante.

Otro aspecto a tener en cuenta se refiere a las posibles interferencias que pueden producir estas fuentes al funcionar con impulsos de frecuencia elevada. Es conveniente comprobar que la fuente tiene instalado el filtro de entrada de red, así como los choques de filtro correspondientes en las tensiones de salida. Algunos fabricantes, con el fin de reducir costes, suprimen estos elementos con lo que, aunque la fuente funciona correctamente instalada en un ordenador, si se usa para alimentar un transceptor puede producir un cierto nivel de interferencia, sobre todo en las bandas de HF, 160, 80, 40 metros.

La figura número siete nos muestra la fuente de 300 vatios en la que se puede ver el filtro de red montado sobre el conector de entrada de tensión de red, mientras que en la figura número ocho podemos ver la zona de salida de tensiones de esta misma fuente donde podemos apreciar los distintos choques y condensadores de filtro de las tensiones de salida.

En la figura número nueve podemos ver la zona de entrada de tensión de red de la fuente de 350 vatios, donde podemos observar que el filtro de entrada de red se ha sustituido por unos puentes, de la misma forma que también se han sustituido por puentes los choques de filtro de esta misma fuente, como se puede ver en la figura número diez. No cabe duda que la economía es el motivo de estas sustituciones.

Por lo anterior, es aconsejable utilizar para nuestros montajes, fuentes que tengan instalados los componentes mencionados, filtro de red, choques y condensadores de filtro de las tensiones de salida.

Con el fin de experimentar todos estos extremos, en las siguientes líneas se propone la construcción de una fuente de alimentación, empleando tres fuentes de alimentación de 350 vatios.

3.- CONSTRUCCIÓN.

Estas tres fuentes, que se pueden ver en la figura número once, pueden entregar una corriente máxima de 32 amperios en la salida de 5 voltios, según indica la placa de características de la figura número doce. Estas fuentes no tienen conectados los filtros de red ni los choques de filtro de las salidas de tensiones, como hemos visto anteriormente, por lo que, una vez montada la fuente, será preciso comprobar la presencia o ausencia de interferencias en las bandas de HF.

Conectamos una resistencia de 1K entre el punto donde está soldado el cable verde de arranque de la fuente y cualquier punto de masa cercano, para conseguir el arranque de la fuente. Eliminamos todos los cables excepto los rojos y negros. En el circuito impreso hay un punto marcado "SEN 3.3 V" de donde sale un cable de color marrón unido por su extremo a un cable de color naranja conectado a la salida de 3.3 voltios. Al eliminar los cables de color naranja es preciso hacer un puente entre la salida de 3,3 voltios y el punto marcado "SEN 3.3 V" citado anteriormente, pues si no se hace así la fuente no funcionará. Las figuras número trece, catorce y quince nos muestran estas operaciones.

Para la refrigeración de las fuentes se han utilizado los ventiladores originales y se ha dispuesto un termostato para que la velocidad de dichos ventiladores se ajuste según el calentamiento de los disipadores, que vendrá determinado por la intensidad de la corriente suministrada.

La figura número dieciséis nos muestra el circuito de este termostato así como el circuito para el ajuste de la tensión de salida. El termostato utiliza un regulador de tensión tipo LM317 para alimentar el ventilador correspondiente. Este regulador suministra una tensión que depende de la temperatura del disipador de la fuente, para lo que se utiliza una resistencia NTC atornillada a dicho radiador. El regulador LM317 también se atornilla al radiador de la fuente, de esta manera, la velocidad de rotación del ventilador aumenta si se eleva la temperatura de disipador mencionado, como consecuencia de una mayor demanda de corriente.

El circuito de ajuste de la tensión de salida consiste en una resistencia de 6K8 en serie con un potenciómetro ajustable de 50K conectado entre la patilla número uno del integrado regulador TL494 y la salida de tensión de 5 voltios.

Los componentes de estos circuitos se montan en una pequeña placa de circuito impreso, cuyo diseño se puede ver en la figura número diecisiete, mientras que la figura número dieciocho nos muestra la disposición de los componentes. Como se utilizan tres fuentes, será preciso realizar tres placas de circuito impreso.

La toma de temperatura del radiador de la fuente se realiza con una resistencia NTC de 130 ohm, la cual se introduce en un trozo de tubo de aluminio, aplastado por un extremo para su sujeción. Este tubo se rellena de pasta de silicona y una vez introducida la NTC, se cierra con un trozo de cartulina y se sella con pegamento rápido tipo locktite o similar. Las figuras número diecinueve y veinte nos muestran la disposición de la NTC.

Mediante unos taladros sujetamos la NTC y el regulador LM317 al disipador de la fuente. Al montar el regulador es preciso intercalar una silicona aislante y el correspondiente aislador en el tornillo de sujeción. La figura número veintiuno nos muestra la disposición de estos elementos.

Para la fijación del ventilador disponemos cuatro pequeños ángulos de chapa de aluminio y los correspondientes separadores metálicos. En las figuras número veintidós, veintitrés, veinticuatro y veinticinco podemos ver las distintas fases del montaje del ventilador y de la placa de circuito impreso.

Una vez montados el circuito impreso, el regulador y la NTC realizaremos las conexiones correspondientes y conectaremos la fuente a la red. Midiendo la tensión de salida con un polímetro digital, ajustaremos el potenciómetro P02 para obtener una tensión de 4,6 voltios. Así mismo ajustaremos el potenciómetro P01 para que se inicie el giro del ventilador a la mínima velocidad posible. A continuación conectaremos una carga a la fuente para que se produzca un consumo de varios amperios, para lo que podemos usar lámparas de automóvil o resistencias de elevada disipación. Realizaremos la prueba con distintos consumos, hasta unos 15 - 20 amperios, en función de los elementos disponibles. Observaremos la tensión de salida que deberá mantenerse bastante constante, como mucho bajará 0,5 voltios. El régimen de giro del ventilador deberá aumentar al tiempo que se aumenta la intensidad de la corriente consumida. Cada cierto tiempo desconectamos la fuente de la red y comprobamos la temperatura del radiador de la fuente, que debe mantenerse en un nivel discreto. Realizaremos estas pruebas con las tres fuentes para estar seguros de un funcionamiento correcto.

Seguidamente preparamos una caja para el montaje de las tres fuentes, que en nuestro caso se ha realizado con aglomerado DM de 3 milímetros de espesor.

El prototipo se ha montado sobre una base con unas dimensiones de 31 cm x 18 cm, sobre la que se han montado doce separadores para la fijación de las tres fuentes. Los paneles trasero y delantero tienen unas medidas de 31 cm x 13 cm. En el panel trasero realizaremos los taladros para las hembrillas de salida de tensión, el portafusible y el conector de entrada de tensión de red. En el panel delantero haremos las perforaciones necesarias para los dos instrumentos de medida, voltímetro y amperímetro, interruptor de red, LED indicador de encendido y dos juegos de hembrillas. Las dimensiones de estos taladros dependerán de los elementos utilizados.

Las figuras número veintiséis, veintisiete y veintiocho nos muestran el despiece y montaje de la caja.

Una vez construida taladrada y pintada la caja procederemos al montaje final. Comenzaremos fijando en los paneles trasero y delantero los elementos correspondientes, hembrillas de salida de tensión, portafusible, conector de entrada de red y en el panel delantero voltímetro, amperímetro, interruptor de red, LED indicador de encendido y dos juegos de hembrillas de salida de tensión, ya que, aunque normalmente conectaremos los equipos por la parte trasera, es posible que en algún momento necesitemos alimentar algún otro equipo de forma provisional.

Seguiremos con el montaje de las tres fuentes sobre la base y a continuación realizaremos el cableado, para lo que podemos utilizar clemas de electricista de tamaño adecuado.

La figura número treinta nos muestra la parte interior del panel delantero, donde se puede ver el interruptor general, los instrumentos de medida y el shunt para el amperímetro, que está realizado con un trozo de 20 cm de longitud de varilla de latón de 2 milímetros de diámetro.

En la figura número treinta y uno tenemos el panel trasero sobre el que se ha montado un filtro de red para suplir la falta del mismo en las tres fuentes. La figura número treinta y dos nos muestra la disposición de los distintos elementos sobre los paneles trasero y delantero y sobre la placa base.

Sujetaremos los paneles trasero y delantero sobre la base mediante unos pequeños tornillos de 2 x 10 milímetros, tal como se puede ver en las figuras número treinta y tres y treinta y cuatro. Para dar una mayor solidez al conjunto se han dispuesto dos trozos de listón que unen los dos paneles, como se puede apreciar en la figura número treinta y cinco.

Una vez realizado el cableado podemos hacer una primera prueba de la fuente, para lo que la conectaremos a la red de 220 voltios y comprobaremos su funcionamiento. Los ventiladores deberán girar con velocidad reducida y la tensión total de salida deberá ser de 13,8 voltios. Si es necesario retocaremos los potenciómetros de las tres fuentes para ajustar la tensión de salida, así como el régimen de giro de los ventiladores.

Conectaremos a la fuente distintas cargas para que la fuente entregue diversas intensidades y comprobaremos el buen funcionamiento de los ventiladores, la ausencia de calentamientos excesivos y una estabilidad adecuada de la tensión de salida.

Si todo es correcto podemos cerrar la fuente con la tapa que habremos preparado previamente y en la que habremos realizado una serie de taladros de ventilación.

Las figuras número treinta y seis y treinta y siete nos muestran la fuente terminada y lista para alimentar los equipos de la estación.

4.- AJUSTE.

Los ajustes de las fuentes se han descrito en anteriores párrafos. El prototipo se ha probado con transceptores de HF, VHF y UHF mostrando un comportamiento satisfactorio en los distintos modos de transmisión, BLU y FM.

5.- REFERENCIAS.

Si el lector necesita detalles adicionales, puede consultar las revistas "RADIOAFICIONADOS" que se indican a continuación.

Marzo 1998, Unidad De Alimentación (I).
Julio 1998, Unidad De Alimentación (II).
Diciembre 1999, Unidad De Alimentación (III).
Agosto 2002, Fuente De Alimentación.
Marzo 2005, Fuente De Alimentación.
Junio 2006, Fuente De Alimentación Conmutada.
Enero 2007, Fuente De Alimentación Variable.
Julio 2007, Laboratorio De Radio.
Marzo 2008, Galvanómetros.

6.- RESUMEN.

En el presente artículo se hace una recopilación de distintos circuitos y montajes de fuente de alimentación para el cuarto de la radio. Así mismo se propone la construcción de una fuente de alimentación con una tensión de salida de 13,8 voltios y una corriente de 20 - 25 amperios aproximadamente, empleando tres fuentes de ordenador.

El montaje descrito en el presente artículo no ha sido probado en grandes series y, por tanto, no se tiene certeza de que su funcionamiento sea 100% correcto. Solamente se describe la construcción y el funcionamiento del prototipo.

El autor no se hace responsable de posibles derechos de copia. La información para la realización de este montaje procede de diversas publicaciones, libros, revistas, etc., así cómo de los propios conocimientos del autor.

El autor no se hace responsable de posibles daños y/o perjuicios causados por la construcción y/o uso de este dispositivo, daños personales o muerte, daños a la propiedad, daños al medio ambiente, lucro cesante, perdida total o parcial de datos informáticos o cualquier tipo de daño que se pudiera derivar del montaje y/o uso de este dispositivo.

No se aconseja el uso de este dispositivo en aplicaciones críticas, cómo son control de maquinaria peligrosa, control de navegación o tráfico, maquinaria de mantenimiento de vida o sistemas cuyo mal funcionamiento pueda provocar causas o efectos anteriormente mencionados. Este dispositivo no es tolerante a fallos.

El autor declina cualquier responsabilidad, ni se hace responsable de no mencionar a los dueños de las posibles patentes que aquí se pudieran reflejar.

El dispositivo descrito en el presente artículo es un montaje experimental, cuyo propósito es el estudio de los diferentes aspectos de la Electrónica, por tanto, no está destinado a su utilización industrial ni para su explotación comercial en cualquiera de sus facetas.

El autor no efectúa ninguna actividad comercial relacionada con este u otros montajes publicados en esta u otras revistas o publicaciones de cualquier tipo.

El presente artículo y todos los publicados hasta el momento en la revista "RADIOAFICIONADOS", están recopilados en un DVD a disposición de quien lo solicite. Se incluyen todos los textos, así como las fotografías, dibujos, gráficos, plantillas de circuitos impresos, etc.

Aunque se ha intentado proporcionar todos los detalles necesarios para la realización del proyecto, es posible que algún aspecto no haya quedado suficientemente desarrollado. Como es natural, con mucho gusto el autor dará cumplida información sobre cualquier detalle no especificado, o cualquier punto en particular que no haya quedado completamente explicado. Buena suerte a todos.

Luis Sánchez Pérez. EA4-NH

Apartado 421, 45080 - TOLEDO

E-mail : ea4nh@ure.es

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