SIEK PRT3 Fonts dalimentació_v2

Pràctica 3.- Introducció a les Fonts d’Alimentació DC
Objectiu: Conèixer les etapes bàsiques que formen una font d’alimentació DC lineal
(Transformació, Rectificació, filtre i estabilització) i aprendre el paper que juguen els
semiconductors (díodes i ponts rectificadors, Zener i circuits integrats) dintre d’aquest
sistema electrónic.

1 Introducció
Una font d’alimentació té com a principalobjectiu subinistrar una tensió contínua (o
DC) a un circuit. Per aquesta operació cal transformar la tensió de xarxa (que és una
tensió AC sinusoïdal de 220V · 2  311 de pic i 50Hz) realitzant tota una sèrie
d’operacions en forma d’etapes (Fig. 1):
 El transformador de potència proporciona una tensió al debanat secundari (vS)
del mateix tipus que el de l’entrada (vAC) però, habitualment, de magnitudmolt
menor. Aquest valor depèn del nombre d’espires dels dos debanats (N1 - primari
i N2 – secundari, on N1 >> N2) i es calcula com:
N
(1)
vS  2 v AC
N1
 El rectificador amb díodes converteix la sortida del transformador a una tensió
unidireccional polsant (que no canvia de polaritat), però que presenta una forta
arrissada.
 El filtre s’encarrega de reduir l’arrissada a un valor molt méspetit. La tensió
que resulta, però, depèn d’altres factors com el consum de la càrrega o el valor
de la tensió de l’entrada, i no és possible eliminar l’arrissada completament.
 Per últim, el regulador de tensió pràcticament elimina l’arrissada i permet que
la tensió de sortida sigui independent de la d’entrada.

2 Circuits Rectificadors (amb díodes)
Començarem parlant de la funció del díode, que ésel component electrònic no lineal
més bàsic que existeix a la indústria (Fig. 2a) i que funciona com un interruptor
semicontrolat (Fig. 2c i 2d):
 Si s’aplica un voltatge extern negatiu (segons la referència indicada a la Fig. 1b,
v < 0), el díode es comporta com si fos un circuit obert (Fig. 2c). En aquest cas
el corrent, que es defineix d’ànode a càtode, és nul i es diu que el díode estàpolaritzat en la regió inversa, o bé que treballa en OFF
 En canvi, si el corrent és positiu (i > 0) es comporta com si fos un curtcircuit
(Fig. 2d). Llavors, es diu que el díode està polaritzat en la regió directa i que
està en l’estat de conducció (treballa en ON).
El comportament real, però, varia una mica. Quan es troba a ON, resulta que la tensió
ànode-càtode (v) no és del tot zero sinó quepresenta un valor bastant proper als 0.7V (el
valor exacte, però, depèn del tipus de díode). Una manera de representar aquesta tensió
consisteix en incorporar una font (VD = 0.7V) en sèrie amb el díode (Fig. 3).

1 
 

Figura 1. Diagrama de blocs d’una font d’alimentació DC. Aquest sistema realitza la conversió ACDC de la tensió d’entrada vAC.

 
 

 
 

           (a)

 

(b)

 

                      
(c)

(d)

Figura 2. El díode ideal: a) Símbol; b) característica i-v; c) Circuit equivalent en OFF; d) Circuit
equivalent en ON.

    

 

(a)

(b)

Figura 3. a) Característica real i linealitzada del díode; b) Model equivalent linealitzat del díode.

Una aplicació fonamental que fa ús de la seva característica de funcionament és el
circuit rectificador (Fig. 4). Aquest circuit està format per un díodeD i una resistència R
connectada en sèrie. Quan s’introdueix una tensió sinusoïdal d’entrada vI = VPsin(2πft),
el díode estarà a ON si vI(t) ≥ VD. Altrament, el díode està a OFF i, com que iD serà
zero, no hi haurà tensió de sortida (és a dir, a la resistència R).
2 
 

 

 

(a)

(b)

Figura 4. Circuit rectificador de mitja ona amb les seves formes d’ona de vI(t) i vO(t).

Figura 5.Característica vO – vI (o funció de transferència) del circuit de la Figura 3.

Per tant, el circuit “rectifica” el semicicle negatiu del senyal d’entrada, que és
monofàsica. La tensió al cicle positiu serà pràcticament la mateixa restant-li el valor de
VD, corresponent a la caiguda de tensió al díode (Fig. 5). D’aquí que aquest circuit rebi
el nom de rectificador monofàsic de mitja ona.
A efectes...