Tema 23: FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE CON PROTECCIÓN ELECTRÓNICA

 

FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE CON PROTECCIÓN ELECTRÓNICA

El circuito mostrado corresponde a una fuente de alimentación regulada, diseñada para entregar varios niveles de voltaje DC y equipada con una etapa de protección electrónica ante sobrecorrientes o cortocircuitos. El sistema está compuesto por estas etapas:

• Transformador 220–12 V AC

• Puente rectificador (D1–D4)

• Filtros de alisado (1000 µF y 100 µF)

• Etapa reguladora con transistores NPN/PNP

• Control de voltaje mediante potenciómetro

• Etapas de selección de voltaje fijo (3 V, 4.5 V, 6 V, 9 V y 12 V)

• Indicadores de corriente y voltaje

• Protección ante sobrecorriente mediante transistor NPN

Vamos por partes:

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1. Transformador 220–12 V AC

El circuito inicia con un transformador de reducción:

• Entrada: 220 V AC (línea y neutro)

• Salida: 12 V AC aislados del sistema principal

Esta tensión reducida es la base para obtener el voltaje DC posterior.
Es una fuente lineal, por lo que la calidad del voltaje depende del tamaño del transformador y de su capacidad de corriente.

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2. Puente Rectificador (D1, D2, D3, D4 — 1N4007)

Los cuatro diodos conforman un puente completo:

• Convierten la tensión AC del transformador en pulsos positivos de DC

• Permiten mayor rendimiento respecto a un rectificador de media onda

La amplitud rectificada es aproximadamente:

$$V_{pico} \approx 12\sqrt{2} - 2\cdot V_{diodo} \approx 16.9\,\text{V}$$

Esto coincide con el voltaje medido en el punto de prueba del simulador.

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3. Filtros de Alisado (C1 = 1000 µF y C2 = 100 µF)

Los condensadores suavizan la señal rectificada:

• 1000 µF elimina la mayor parte del rizado

• 100 µF actúa como filtro secundario en la etapa regulada

Resultado: un voltaje DC más estable antes del regulador electrónico.

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4. Etapa de Regulación con Transistores

Es el corazón del circuito:
Un conjunto de transistores PNP (TIP32) y NPN (BC945) controlan el voltaje de salida.

Funciones clave:

• El PNP actúa como transistor serie entregando corriente al usuario

• El NPN gobierna la base del PNP según el ajuste del potenciómetro

• El potenciómetro de 100 kΩ determina el punto de operación del NPN → y con ello, el voltaje de salida

La regulación es lineal y ajustable.

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5. Control de Voltaje (Potenciómetro de 100 kΩ)

El potenciómetro define:

• cuánta señal recibe el NPN de control

• cuánto conduce el PNP serie

• qué nivel de voltaje final está disponible en las terminales de salida

En resumen:

➡ Al aumentar la referencia → subida del voltaje
➡ Al disminuir la referencia → caída del voltaje

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6. Protección ante Sobrecorriente

Esta etapa usa un transistor NPN adicional.

Principio de funcionamiento:

• Cuando la corriente de salida aumenta demasiado

• Se genera una caída de voltaje en la resistencia de sensado

• Esa caída activa el NPN de protección

• El NPN roba base al transistor regulador

• Resultado: la fuente se “ahoga” y reduce la salida, evitando daños

Esto significa que:

✔ La fuente NO se daña en cortocircuito
✔ La corriente de salida queda limitada automáticamente
✔ El sistema se restablece solo al retirar la carga excesiva

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7. Salidas de Voltaje Fijo (3 V, 4.5 V, 6 V, 9 V y 12 V)

Cada terminal está acompañada por:

• Un LED indicador

• Una resistencia limitadora

• Una línea independiente de distribución

Esto permite:

• Conectar distintos prototipos

• Probar componentes individuales

• Practicar mediciones en laboratorio

El alumno puede experimentar con cargas ligeras sin riesgo.

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8. Indicadores de Corriente y Voltaje

El simulador incluye:

• Amperímetro para monitorear la corriente entregada

• Voltímetro para observar la salida regulada

Estos instrumentos facilitan el análisis del funcionamiento real del circuito.

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🔎 RESUMEN GLOBAL DEL FUNCIONAMIENTO

Etapa	Función Principal
Transformador	Reduce y aísla la tensión de red
Puente rectificador	Convierte AC a DC pulsante
Filtros	Suavizan el rizado
Regulación con transistores	Ajusta el voltaje de salida
Potenciómetro	Control manual del nivel de voltaje
Protección por corriente	Evita daños por cortocircuito
Salidas fijas	Proveen niveles estándar DC
Indicadores	Facilitan mediciones y análisis

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✔ Conclusión

Este circuito constituye una fuente de alimentación práctica, robusta y fundamental para los trabajos de laboratorio de la carrera de Electrónica. Combina regulación ajustable, protección automática y múltiples niveles de salida, permitiendo al estudiante comprender desde rectificación básica hasta control de potencia con transistores.