FUENTE REGULADA MEDIO VOLTAJE
Introducción.
Uno de los parámetros que determinan el nivel ruido y la independencia de la fuente de alimentación es el PSRR, power supply rejection ratio, es una relación entre en ruido de la alimentación y las señales residuales de ruido a la salida, dicho en otras palabras, cuánto ruido se cuela por la alimentación.
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Una alimentación no regulada posee un tipo especial de ruido llamado rizado, consecuencia del rectificado y de la carga de los condensadores. Su frecuencia fundamental es de 100 Hz y de ahí en adelante hay armónicos que dececen de amplitud. Se suele medir en porcentaje, y en etapas está entre el 10 y el 1%, siendo el 5% lo habitual. Nos referiremos al rizado como ruido de alimentación.
Ese es uno, pero hay más: la tensión de red fluctúa a muy bajas frecuencias, inferiores a 1 Hz, y esto también modifica el ruido y más cosas. Se puede compromar cómo en etapas de muy bajo PSRR el zumbido de 50-100 Hz suena más en unos momentos que en otros, y se alternan zumbidos mayores con otros de menos intensidad, incluso ausencia de ruidos.
La topología tiene mucho que decir a éste respecto. La parte más susceptible es la parte de gancia en voltaje, las etapas de salida push-pull tienen por sí solas PSRRs del orden de 50dBs, que sumados a la realimentación hacen que sus efectos sean casi nulos.
Lo principal característica de una etapa para rechazar el ruido es si posee una carga activa o pasiva, las activas tienen una mayor independencia. También si en la etapa diferencial de entrada poseen una fuente de corriente (cascoda es mejor) o una resistencia, donde la fuente es lo que más independencia de la alimentación produce.
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Otro tema importante es la impedancia de salida de la fuente de alimentación, es decir: cuánto bajará la tensión cuando se le demande una cierta carga. Si la etapa es sensible a las variaciones de tensión producidas por el ruido y el rizado, también será sensible a estas variaciones de tensión producidas por ella misma. Esto puede generar distorsión armónica, ya que varían el punto de operación de la etapa, pero siempre que hay distorsión armónica hay IMD, por lo que también es un motivo para regular la alimentación: mejorar el timbre
En definitiva, si eliminamos el ruido de la parte susceptible, tendremos un comportamiento mejor de la etapa entera. La parte de ganancia en voltaje consume corrientes bajas, menores de 100mA, por lo que se pueden hacer reguladores para esta parte sin que se requieran grandes inversiones ni radiadores extra.
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Esquema
El esquema se muestra a continuación.
Éste regulador se basa en un doblador de tensión, un filtrado RC y una regulación lineal, regulable en voltaje. Está protegida contra cortocircuitos y tensión de salida es regulable.
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El motivo de hacer un rectificador doblador de tensión (D3, D5, C3 y C5) es principalmente que los reguladores integrados requieren una tensión de entrada mínimo 3V mayor que la de salida, y no es cuestión de desperdiciar los voltios que entragará la parte de ganancia en voltaje, hay que aprovecharlos y es interesante que ésta pueda dar ondas cuyo valor de pico sea ligeramente inferior a la tensión de alimentación no regulada.
Haremos eso, primero doblar la tensión para tener un margen que nos asegure que el regulador va a funcionar siempre en zona lineal.
Luego, ya que el doblador induce ruidos (como todo rectificador), hacemos un filtrado RC (R1 y C5) que eliminará los armónicos de más alto orden, que son con los que peor trabajan los reguladores lineales.
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En el regualdor lineal, se utiliza una técnica conocida como bootstrap, basada en utilizar el voltaje de salida más un offset para alimentarse a sí misma. Se emplean reguladores de las series 7824 y 7924, que como mínimo van a dar +-24V regulados a la salida. Éstos reguladores admiten entradas de hasta +-40V, para el caso de transformadores de +-35 V AC, se pueden obtener 97V, lo que destruiría los 78's. El bootstrap protegerá los reguladores lineales.
El funcionamiento del bootstrap es el siguiente: un zener (D9) y una resistencia (Rs1) polarizan el transistor Qs1, un darlington, que alimenta el regulador. Al ser un darlington se pueden emplear corrientes minúsculas para polarizar el zener. La salida de los 78's está preparada para entregar corriente, no para absorverla, y así, polarizando con poca corriente la carga puede absorverla sin problema.
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Para hacer el voltaje regulable empleamos una sencilla técnica. Los 78's dan un voltaje constante entre la salida y la pata de referencia, habitualmente denomiada tierra, pero que no tiene porqué estar conectada a tierra. Podemos utilizar la corriente de polarización del propio 78 para hacer caer una cierta tensión en una resistencia (Rs3), y elevar la tensión de referencia de cero al valor necesario. Ésta corriente es del orden de 4mA, con una resistencia de 5k tendríamos la referencia a 20 V, más los 24V del regulador la salida estaría a 44V regulados.
Para incrementar la regulación se emplea un condensador de gran capacidad (Cs1) en paralelo con la resistencia, así la referencia de voltaje es más constante.
El resto de diodos no mencionados se usan como protección para todas las partes.
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Características
Se admite una cierta libertad sobre los valores de AC de la entrada, suficientes para etapas de entre 25 y 100W por canal.
Esto son valores de AC de entrada de entre 18+18V AC y 35+35V AC. Los valores de tensión a la salida se mueven entre +-24V y +-60V, regulados. El valor de 60V está restringido por el uso del potenciómetro de 250mW, pero se podrían dar hasta 75V.
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Los transistores y reguladores están colocados a posta al borde de la PCB con el lado metálico hacia afuera, porque puede ser necesario usar un radiador de calor. Deben estar aislados de él, con almohadillas térmicas o aislantes de mica y grasa térmica. El encapsulado TO-220 no tiene aislado el agujero, por lo que es necesario usar también una arandela de nylon especial para este fin, ya que si no el tornillo hará contacto.
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