En estas notas, se muestran algunos de los circuitos que probé, utilicé o reformé para el uso específico de equipos de radio; los cuales tienen varias particularidades que hacen que no con cualquier fuente se obtenga un óptimo rendimiento.

             Refiriéndonos a esas particularidades, la principal es que casi todos lo equipos de radio están preparados para funcionar en un rango de tensiones habitualmente entre 11 a 15 Volts, previendo su uso en móviles, donde la batería del vehículo puede variar entre su tensión casi descargada, por debajo de los 12 Volts, hasta la tensión de carga que genera el alternador a pleno régimen de marcha, cerca de los 14 Volts. Convencionalmente se adoptó la tensión nominal de salida de las fuentes de alimentación en 13,8 Volts, aunque tensiones dentro del rango mencionado son aceptables.

             De acuerdo al consumo, habrá siempre alguna caída de tensión en la salida de la fuente. Estas caídas pueden ser o no toleradas por los equipos, de acuerdo a la magnitud de las mismas. Una caída no tolerada provoca los síntomas de modulación "arrastrada" o "llorosa" (términos empleados en nuestra jerga) e incluso el apagado, funcionamiento inestable del equipo o el reseteo de sus funciones lógicas.  Es deseable por lo mencionado, que la caída de tensión cuando hay consumo en la fuente, sea lo menor posible

            Los consumos de equipos de radio varían de acuerdo a la potencia de los mismos, y al modo empleado, esto último deberá tenerse muy en cuenta, ya que no será el mismo con 50 Watts en AM, donde la portadora es casi constante igual que el consumo sobre la fuente, o misma potencia en SSB donde se tendrá un consumo promedio mucho menor, pero con fuertes picos dependiendo de la modulación.

Un clásico con mejoras

          Este circuito es un esquema clásico, basado en un regulador monolítico de la línea 78xx, que controla un transistor driver y éste a los transistores de salida.

          El esquema mostrado puede soportar corrientes de salida de hasta 25 a 30 Amperes pudiendo prescindirse de uno o dos transistores en el caso de necesitarse menores prestaciones

             El estabilizado y regulación de tensión se basa en el monolítico 78xx, pudiendo utilizarse desde un 7805 hasta un 7812. La tensión de salida puede variarse dentro de un rango previamente establecido, siendo la tensión nominal del regulador la mínima, mientras que la tensión máxima, se limita con un zener, cuyo valor será el la tensión máxima deseada, menos la nominal de regulador 78xx. Lo típico para las fuentes de alimentación de equipos de comunicaciones es de unos 15 Volts. La tensión se regula con la realimentación obtenida por el divisor resistivo que polariza el transistor NPN que varía la referencia a masa del regulador. Al divisor resistivo, se le pueden agregar resistencias fijas en cada extremos para evitar la saturación excesiva del transistor y/o que la regulación quede acotada a un determinado rango de seguridad; por ejemplo 10 a 16 Volts.

El regulador negativo

 Esta variante del circuito sale de lo común en cuanto regula por el negativo, lo que desorienta un poco a algunos; sin embargo, la forma en que trabaja es la misma del ejemplo anterior.

         En este caso, el regulador utilizado es de la línea 79xx y los transistores de paso utilizados son los clásicos 2N3055; el resto de los componentes son los mismos..  

               Al igual que en circuito anterior, la salida regulada se toma de los colectores de los transistores de paso,  y siendo la salida negativa de la fuente, puede conectarse directamente al chassis, gabinete y/o masa de la misma; esto permite que se puedan fijar los transistores al disipador sin necesidad de aislarlos, evitando todo tipo de bujes, plásticos y micas, lo que no solo simplifica enormemente el montaje sino que mejora la transferencia térmica.  Tampoco es necesario utilizar las tapas plásticas que protegen a los transistores cuando son montados en disipadores externos. 

El regulador por Zener y Transistores

            La regulación en este circuito, está resuelta con componentes discretos, lo que la hace ideal para cuando no se cuenta con integrados reguladores y se deba recurrir a elementos de rezago o surplus.

           El divisor de tensión ubicado entre los terminales de salida de la fuente, provee la realimentación para estabilizar la tensión y a la vez permite ajustar la misma al valor deseado con el preset o potenciómetro.

           El elemento de referencia en este regulador es el Zener, pero dado que trabaja asociado a los transistores, su valor de ruptura no es crítico, mientras no supere los 6 u 8 volts; ya que su función es mantener constante la tensión en el emisor del BC548, sin importar demasiado cuál sea ésa.

           Se puede reemplazar el diodo Zener por una serie de 4 a 5 diodos comunes, cuyas caídas de tensión individuales (de 0,6 a ,7 Volts) sumarán aproximadamente 3 a 3,5 Volts y servirán de tensión de referencia. Nótese que en este caso se deberán conectar con el cátodo a masa, al contrario del Zener, que tiene el ánodo a masa. (ver detalle a la derecha) 

            En las imágenes a continuación, se muestra el circuito realizado en una plaqueta de pertinax cobreado, con islas realizadas por corte. En el circuito faltan los transistores de paso final, y se incluyen los resistores de ecualización, realizados con alambre esmaltado, bobinado sobre resistores. 

              Como puede observarse, se trata de dos etapas reguladoras ya descriptas. La primera, con elementos discretos, un diodo zener y dos transistores, necesita solo los transistores de potencia y la tensión rectificada del transformador para dejar operativa una fuente.

              A continuación se muestran las vistas del circuito realizado en una placa de pertinax cobreado, con las islas formadas por corte.

           A la derecha, otra placa reemplazando la regulación original en otra fuente.

           Si bien esta técnica de reparación no es del todo ortodoxa, sirve para hacer funcionar rápidamente una fuente con fallos, y no es necesario quitar, retirar ni estropear la plaqueta, la cual, con más tiempo o paciencia, puede repararse posteriormente y dejar el equipo con su circuito original.

Construcción de fuentes paso a paso

Tips para construir fuentes de alimentación

              En numerosas ocasiones recibí consultas por el ajuste de la tensión de salida de fuentes de alimentación; muchas de ellas atendibles porque se trataba de usos muy variados, desde alimentación de audio hasta pistas de autos de carrera, pero más allá de esas, es sorprendente la gran cantidad de aficionados que desean tener la posibilidad de variar dicha tensión.  A continuación una breve reseña de los pro y contras de esas cuestiones.

              Fuentes de tensión de salida fija : Son aquellas en las que la tensión está definida por reguladores monolíticos, diodos zener o circuitos similares que aseguran una referencia inalterable. En estas fuentes, la tensión de salida no puede modificarse salvo que se altere el circuito y al depender de tensiones estándar, no siempre se logra tener los ansiados 13,8 Volts, sino que habrá que conformarse con algunas décimas por arriba o debajo de esa tensión.

              Las fuentes de tensión ajustable (la enorme mayoría), son las que incorporan en su regulador algún preset o resistencia variable que permite variar la tensión dentro de un rango limitado, por lo general de 11 a 15 Voltios y que se puede acceder al mismo solamente abriendo el gabinete. Este ajuste tiene como principal contra, el hecho de que al ser un componente mecánico, puede moverse y provocar variaciones en la tensión.

               Las fuentes de tensión de salida variable son aquellas que poseen un potenciómetro accesible al usuario; cuando éstas están destinadas al uso en radiocomunicaciones, por lo habitual tienen limitado el rango de ajuste al igual que las ajustables; algunas, sin embargo, pueden variar dentro de márgenes mucho más amplios y son destinadas al uso en laboratorios de electrónica.

               Teniendo las opciones de ajustar, ya sea abriendo o nó el gabinete y la de no poder cambiar nada, la gran mayoría de los aficionados preferirán tener acceso al ajuste, y de ser posible sin abrir el gabinete; el asunto es para qué ??!!  Teniendo en cuenta que salvo algún equipo muy fuera de lo común todos se alimentan con tensiones en el rango de 12 a 14 Voltios, no hay mucha razón de que el usuario tenga que modificar la tensión de la fuente y en contrapartida, no es nada raro que alguien modifique esa tensión sin querer, o por error, y conecte un equipo a tensiones inadecuadas.

                La sugerencia de quien escribe, es dejar las fuentes de salida variable reservadas solo para los trabajos de laboratorio o experimentación, y usar para los equipos de radio fuentes de tensión fija, o a lo sumo ajustadas a los 13,8 Volts de costumbre. Nada cambia por unas décimas más o menos si la estabilización es buena y la capacidad de corriente suficiente; y si no lo son.... no va a solucionar nada ajustando tensión de salida; quizá incluso empeore la cosa.  

Transformadores

            El transformador es la parte más importante de una fuente, y dado que esta nota está referida al armado de fuentes caseras, donde generalmente aprovechamos componentes de rezago o de otros usos, es necesario tener en cuenta que no cualquier trafo servirá.

            Los transformadores para equipos de comunicación, requieren mucha corriente, por lo que lo primero que hay que saber es la corriente podrá entregar y si será suficiente para nuestro fines. Muchas veces solo se especifica la potencia de los mismos, pero teniendo en cuenta la fórmula : Potencia = Corriente * Intensidad , se sabrá la corriente nominal de trabajo del transformador. 

           Los equipos de comunicaciones pueden trabajar con un rango de tensiones amplio, (desde 11 a 15 volts típicamente) pero la tensión universalmente adoptada para que los mismos rindan la máxima potencia y trabajen adecuadamente es de 13,8 Volts.  Para lograr los 13,8 Volts a la salida de una fuente, los transformadores deben entregar cerca de 16 a 18 Volts de corriente alterna en su secundario. Esto, si bien es lo óptimo, puede variarse, pero con algunas restricciones y cuidados.

           Los transformadores mas usuales de conseguir, son los de 12, 24 y 48 Volts que se emplean en iluminación e industria, por eso me referiré a estas tensiones en particular.

          Si bien un transformador de 12 Volts puede llegar a cargar los capacitores con 16 Volts luego del rectificado, esto será insuficiente en un consumo continuo si se regula la fuente en 13,8 V. Si no se puede modificar el transformador, lo aconsejable será ajustar la regulación de la fuente en 12 Volts en lugar de 13,8, o bien verificar hasta qué corriente máxima la tensión no cae por debajo de ese valor y restringir el uso de la fuente a dicha corriente. Ayudará también aumentar la capacidad de los electrolíticos. 

           Un transformador de 24 Volts de salida, puede emplearse en una fuente de salida regulada en 13,8 Volts, pero esto traerá aparejado un riesgo importante para el resto de los componentes, que deberá contemplarse a la hora de decidir si se emplea o no dicho trafo. El primer problema será dimensionar los capacitores electrolíticos con una aislación de al menos 50 Volts, ya que la tensión rectificada estará cerca de los 35 Volts. Seguidamente, verificar las tensiones máximas de trabajo de los transistores de potencia, (en caso de no utilizar los clásicos 2N3055). Luego agregar los transistores necesarios para compensar el exceso de trabajo en los transistores y obviamente, agregar disipadores para ayudar a quitar temperatura en los mismos.

         Por que es necesario todo esto ?   Se explica fácilmente haciendo unos cálculos :

        Los 24 Volts alternos de tensión eficaz por la constante de 1,41 , nos da una tensión de pico de  33,84 Volts, que rectificados y restando la caída de tensión de los diodos será de aproximadamente  32,64 Volts. Los transistores de potencia deberán "quemar"  18,84 Volts , resultantes de restar 13,8 a 32, 64. Por si no fuera suficiente despropósito quemar en calor más potencia que la realmente útil de la fuente; y tomado como ejemplo una fuente entrega una corriente de 20 Amperes; haciendo el cálculo de 18,84 Volts por 20 Amperes sabemos que se deberá disipar en calor 376 Watts !!. El caso mencionado, pone al límite los transistores de paso final, por lo que necesitará agregar 2 o 3 más para llevarlos a un régimen de trabajo aceptable.

         A lo mencionado, hay que agregarle el mayor riesgo de fallos en los transistores, sin mencionar el riesgo de que los 33 Volts no regulados lleguen a sus equipos en un cortocircuito o fallo del regulador. Es por ello que si no hay posibilidad de modificar el transformador, será mejor elegir otro;... o malgastar componentes y energía en vano.

          Los trafos de 48 Volt son directamente inútiles para las fuentes de 13,8 VCC, salvo que puedan ser reformados.

          Algunos transformadores pueden ser modificados; con algo de trabajo. En los de 12 Volts es necesario agregar algunas espiras al secundario, siempre que aún  quede lugar en el entrehierro. Para el caso de los de 24 Volts, hay que sacar espiras. Para cualquiera de las dos opciones, habrá que ver si es posible hacer el trabajo sin desarmar el núcleo, o si se puede, desarmar el núcleo por completo y trabajar directamente sobre la bobina, cosa que facilitará notablemente la tarea. El alambre debe ser de la misma sección o diámetro que el existente en el secundario; la cantidad de espiras que se deben sacar o agregar no son fijas, y dependen del tipo de transformador; si se desarma todo el secundario, se podrán contar las espiras y luego calcular proporcionalmente las necesarias para obtener los ideales 16 a 18 V.  En cualquier caso, será una buena oportunidad para experimentar con  transformadores.

Transistores de potencia

Cuánta potencia (en calor) disipan los transistores de potencia de una fuente ?

         Los transistores de paso final de una fuente son los encargados de disipar en forma de calor el exceso de tensión que tenemos después de rectificar la tensión de transformador, manteniendo estable la tensión en la salida de la fuente.

            Para poner un ejemplo supongamos que tenemos un transformador de 220 a 18 VCA; tras el rectificado, tendremos el valor de tensión de picos, menos la caída de tensión del puente rectificador, generalmente unos 23 a 24 Volts. (18 * 1,41 - 1,4 =  23,98). Los transistores de paso final deberán quemar la tensión resultante de restar a los 23,98 volts no regulados, los 13,8 Volts que se deben mantener estables en la salida de la fuente, o sea 10,8 Volts,  Si la corriente que necesita el equipo es de unos 20 amperes, la potencia que deben disipar en calor es de más de 200 Watts  ( 10,8V * 20A)

            Los valores mencionados, se elevan en los picos de consumo, y si consideramos que lo habitual para una fuente de esa capacidad de corriente es colocar 4 transistores de paso final, cada uno puede llegar a disipar hasta 70 Watts;  lo que supera la potencia en calor de un soldador mediano !!  

Los montajes 

            Salvo los casos en que los transistores queden con el colector a masa, deberán aislarse del chassis, y/o del disipador. Si no se desea trabajar con las arandelas, bujes plásticos y aisladores de mica, la opción de aislar el conjunto del disipador es válida. En cualquiera de los casos la fijación al disipador debe ser firme y con el aporte de grasa siliconada, para mejorar la transferencia térmica.

              Es muy común actualmente sustituir los clásicos 2N3055 por otros de nueva tecnología, como el MJ15003 que soportan más corriente y reducen mucho el circuito y cableado.  Hay que recordar, sin embargo, que la potencia disipada en ellos se multiplica, por lo que hay que cuidar mucho el tema del montaje al disipador, y mantener éste de la misma dimensión.

              La colocación de los disipadores y transistores en la parte exterior del gabinete presenta un problema que pocas veces se tiene en cuenta : Las cápsulas de los transistores, conectados eléctricamente al colector deben resguardarse para que ningún objeto metálico haga contacto entre ellas y el disipador o gabinete. Muchas fuentes importadas los resguardan con tapas plásticas, pero es muy habitual que estén expuestos y ante cualquier cable, herramienta u objeto metálico que ocasionalmente toque los encapsulados, se provoque el cortocircuito, y el aficionado crea que ha sido producto de un fallo en el circuito de la fuente, cuando en realidad fue un accidente externo a la misma causado por una falla o descuido en la construcción o diseño del montaje de los transistores.

Los encapsulados casi universalmente adoptados para los transistores de potencia de las fuentes, son los metálicos TO-3. La posibilidad de fijarlos con dos tornillos asegura un excelente contacto mecánico y su consiguiente transferencia térmica. Son muy sólidos y la única desventaja que presentan es que deben ser instalados con sus terminales atravesando el disipador, lo cual deja pocas alternativas a la hora de disponerlos en el gabinete.

            También se pueden ver ocasionalmente, los SOT-93, TO-218, TO-247, TO-264 o similares, los cuales personalmente he usado con buenos resultados, aunque hay obvias desventajas respecto de los metálicos. Las mismas son la superficie de contacto con el disipador menor, la propia superficie menor y un material de encapsulado de menor transferencia térmica. Hay que cuidar que al fijarlos queden perfectamente paralelos a la superficie del disipador, ya que la sencillez de poder fijarlos con  un solo tornillo, puede provocar fallos o contacto mecánico parcial.  Los terminales son también de menor rigidez que los del encapsulado TO-3, por lo que se deben tratar con más cuidado.

             Este tipo de encapsulado también tiene sus ventajas, y son, como se mencionó, la sencillez de fijación con solo un tornillo, la posibilidad de montaje tanto en plaquetas de circuito impreso como sobre disipadores, no necesitan un plantillado de perforaciones en caso de instalarlos sobre éstos, y también pueden autosoportar disipadores individuales.

Lamentablemente no encontré literatura que defina la nomenclatura de cada encapsulado, y algunas aparecen mencionadas genéricamente en varios tipos. Las diferencias son en gran parte por aplicación de nuevos diseños y no influyen demasiado en el montaje.

El problema al encender la fuente

            Al encender una fuente de alimentación, el/los capacitores que se encuentran descargados, presentan un verdadero cortocircuito por unos breves milisegundos que tardan en cargarse. En ese momento, lo único que se opone a la circulación de corriente es la resistencia interna del transformador; pero si éste es de buena calidad, o su capacidad de corriente es alta, su resistencia interna será muy baja y el pico de corriente altísimo. En esas circunstancias y aún cuando estén lo suficientemente sobredimensionados, los diodos rectificadores suelen quemarse, ya sea abriéndose o poniéndose en cortocircuito.

           Para solucionar este problema se recurre a un circuito que restringe la corriente del primario para cargar los capacitores lentamente. El funcionamiento del circuito es simple, al primario del transformador se le conecta un resistor en serie que limita la corriente que circula cuando el interruptor es accionado. De esta forma, la corriente inducida al secundario es menor, cargando los capacitores más lentamente; una vez que éstos llegan a la tensión necesaria para excitar la bobina del relé, se cortocircuita el resistor del primario, que queda funcionando sin atenuación. Los contactos del relé, deben tener la capacidad de corriente que circule por el primario del trafo.

              El valor del resistor de atenuación debe elegirse de acuerdo a la potencia del transformador, de preferencia de alambre, ya que disipará bastante potencia, aunque por un breve instante. 

Resistores de ecualización

              En la mayoría de nuestras fuentes, se emplean en promedio 4 transistores de salida, que deben incorporar las resistencias de ecualización para equilibrar la potencia disipada en cada uno de ellos. Lo habitual es usar resistores de 0,1 a 0,3 Ohms con disipación de 5 Watts. La alternativa que uso, es la de realizar estos resistores con alambre de cobre esmaltado, bobinando sobre un resistor de 2 Watts, de cualquier valor, de 1 a 2 metros de alambre de 0,4 a 0,5 mm de diámetro, lo cual se aproxima a 1 Ohm y aporta además cierta inductancia. El único detalle a cuidar es que los largos de los alambres sean iguales, a fin de que los valores en resistencia también lo sean.

Instalación de Instrumentos en las Fuentes

La colocación de amperímetros y voltímetros en las fuentes resulta de utilidad para el control del consumo de los equipos y comprobar el correcto funcionamiento de la fuente.
La colocación de instrumentos específicos es simple, aunque a veces muy onerosa, pero se puede recurrir a instrumentos de bajo costo, de rezago, o los que vienen provistos en los multímetros de aguja económicos (generalmente de origen chino), con lo cual se puede contar con una buena referencia sin desembolsar tanto dinero o directamente sin costo.

            Las indicaciones a continuación, se refieren básicamente al empleo de los instrumentos que se pueden obtener de los multímetros, ya sea que los mismos estén dañados o descartados por fallas, o bien que directamente se destine un elemento funcionando para utilizar solamente el instrumento de aguja, dado que su costo es casi siempre menor que uno específico. Estos instrumentos son generalmente miliamperímetros de buena sensibilidad y con las correspondientes resistencias y presets asociados servirán para casi todos los usos que se desee emplearlos.

             En cualquier caso, se deberá separar el cuadrante (casi siempre es necesario cortar o aserrar el cuerpo del multímetro) y verificar que la bobina móvil funcione, retirando también todos los elementos asociados, resistencias, capacitores y diodos que corresponden a las escalas de medición.
              La bobina del instrumento, tiene los terminales en la parte posterior del mismo, generalmente individualizados como (+) y (-) o pintados de rojo y negro. En cualquiera de los casos, o aún si faltara dicha indicación, hay que verificar con otro multímetro, en la escala de Ohms de menor graduación la polaridad de la bobina y su funcionamiento.