Para el equipo médico complejo, se necesitan mejores fuentes de alimentación con una estabilización más sofisticado. A menudo, estas fuentes de alimentación proporcionan dos, tres y más tensiones diferentes.
Muchas fallas de equipos médicos (y electrónicos), debido a defectos de suministro de energía. Por lo tanto una gran cantidad de dispositivos puede ser reparado sólo con el conocimiento del funcionamiento de las fuentes de alimentación.
Tipos
Las fuentes de alimentación son "fuentes de tensión. Eso significa, que la tensión de salida es estable incluso si la corriente de salida fluctúa.
Cargador de batería, por ejemplo, son "fuentes actuales. Entregan un establo cambios actuales y la tensión en función del estado de carga de la batería.
Un voltaje estable es muy importante en la electrónica. Un equipo de medición (biomédica) se ejecutará fuera de rango con una estabilización pobres y entregará resultados diagnósticos equivocados.
Hoy en día las fuentes de alimentación con transformador caros y pesados se sustituyen por las fuentes de alimentación de modo conmutado más baratos. Fuentes de alimentación conmutadas tienen transformadores más pequeños, pero por lo tanto, más electrónica. Como resultado de los transformadores más pequeños que son más baratos pero también más difíciles de reparar.
Las partes de una fuente de alimentación sencilla
En diferentes etapas de la alta tensión de AC se convierte en una corriente continua de baja tensión estable.
En primer lugar la tensión de red ha de ser reducida (transformador), luego se convierte a DC (rectificador), se filtró (condensador) y finalmente se estabilizó (diodo Zener y transistor o estabilizador de tensión IC).
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 El transformador transforma la tensión de red de CA (230 V) a la baja tensión de CA. Esto siempre ha de hacerse al principio porque los transformadores sólo pueden transformar AC. |
 | La tensión de CA más pequeño llega a un rectificador. El rectificador convierte la parte negativa de la onda en una señal positiva. |
 | Se añade una (pequeña) condensador. La capacidad de almacenamiento de tensión del condensador hace que la señal más suave. |
 | ¿Es la capacidad lo suficientemente alto la señal de salida es completamente plana. Hemos creado una tensión continua. |
 | Bajo una carga más grande es la tensión continua se rompe. En lugar de un voltaje de circuito abierto de 20V por ejemplo, ahora tenemos menos. Esto es inaceptable porque una fluctuación de voltaje tiene gran influencia para las etapas conectados. Es muy importante para estabilizar la tensión de salida ahora. |
 | La tensión de salida ahora es el voltaje a través del diodo Zener. Eso significa: absolutamente estable dentro del rango de las especificaciones del diodo. Una resistencia en serie es siempre necesaria donde el (inestable) diferencia de tensión puede caer. |
Con este pequeño circuito que producimos una tensión continua muy limpia y estable. Pero, lamentablemente, sólo una pequeña corriente puede ser tomada de este circuito de diodos zener. Para la ejecución de aplicaciones electrónicas que no es suficiente.
Para un uso práctico, esta corriente tiene que ser amplificada. Este es el trabajo de un transistor. El voltaje estable ahora controla sólo la entrada de un transistor y el transistor se asegura de que una corriente mucho más alta puede ser tomada desde el circuito.
Fuente de alimentación con Transistor
Principios de transistores
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Los tres pines de un transistor: Base, emisor y colector. |
Un transistor es un dispositivo semiconductor de tres terminales. Los tres pines se denominan: Base, emisor y colector. Los transistores se utilizan para cambiar o para amplificar señales, tensiones o corrientes.
Las tres terminales se utilizan para la entrada, salida y para la conexión común. Qué terminal es lo que depende de la cableado. Tres variaciones son posibles.
En general, la base de un transistor es el conductor de entrada. La entrada corriente fluye desde la base a emisor. Cuando una corriente fluye a la caída de voltaje a través de BE es como la caída de tensión de un diodo, siempre 0.7V. Eso también significa que se necesita siempre una resistencia de base que limita la corriente de base y dejar que caiga la tensión excesiva.
Esta corriente Base controla ahora el camino CE del transistor que significa una corriente de colector mucho mayor. El transistor actúa como un amplificador: una corriente de base pequeña provoca una corriente de colector grande. Por ejemplo una corriente de base de 10 mA puede controlar una corriente de carga de 1A.
En principio la corriente de base controla la trayectoria de la CE. El camino CE abre o se cierra en función de la corriente de base. Cuanto mayor es la corriente de base, menor será el camino CE (CE caída de tensión) y la más alta la corriente de colector será.
Con la corriente de base máxima del transistor está completamente controlado, la corriente es máxima y la tensión de CE es mínimo. El transistor actúa como un interruptor o relé.
 | Una corriente Base pequeña controla una corriente de colector mucho más grande. Cuanto mayor sea la corriente de base, mayor será la corriente de colector. Cuanto mayor sea la corriente de colector, menor es la caída de tensión de la CE. |
Función de una fuente de alimentación con un transistor
Para una fuente de alimentación del transistor se utiliza como un amplificador de corriente. El modo de transistor adecuado para esta operación se denomina modo de colector común. Esto significa que la base se utiliza como entrada de control, el colector de entrada como fuente de alimentación y el emisor como la salida controlada.
La tensión estabilizada de la diodo Zener se utiliza para controlar el transistor. La tensión Zener está conectado a la base. Esto es posible porque la corriente de base necesaria no es suficiente para efectuar la tensión zener baja.
Una resistencia de base adicional no es necesaria debido a que la resistencia en serie del diodo zener también actúa como una resistencia en serie para el transistor.
 | Collector: voltaje de entrada Inestable Base: tensión de control Estable Emisor: Controlado (estable) tensión de salida |
Esta corriente Base controla ahora la mucho más grande corriente de carga C a E. En nuestro caso una tensión estable en la base mantiene controles estables o más precisos la tensión de salida de la tensión de la CE hasta que el voltaje del emisor Puesta a tierra es estable. La tensión de salida tiene que ser estable debido a la caída de tensión BE siempre se fija en 0,7 V y es en serie con la tensión zener también fijo (12V por ejemplo). Si ambas tensiones son fijos debe también fijar la tensión resultante. La tensión de salida resultante es el voltaje Zener menos la tensión de BE:
12V - 0.7V = 11.3V.
o
V out = V Z-diodo - V BE
 | La tensión de salida es estable debido a la tensión de Zener y la tensión de BE son estables. Ambas tensiones son en serie. |
Lo que alguna vez la tensión de entrada es, si está a la deriva hacia arriba o hacia abajo, la tensión de salida es siempre 11.3V. Lo que cambia es la tensión de la CE a través del transistor. Esto es por supuesto la diferencia de tensión de entrada y la tensión de salida.
V out = V en - V CE
 | Cuando la tensión de entrada cambia sólo la tensión de CE de los cambios de transistor porque la tensión de base es fija. La tensión de emisor (voltaje de salida) también es fijo porque depende de la tensión de base fija, menos la tensión de 0,7 V Base-Emisor fijo. |
Ahora la fuente de alimentación se estabiliza o regulado. La corriente de salida puede ser mucho mayor, ya que ahora depende de las especificaciones del transistor y ya no más en el pequeño diodo Zener.
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En la práctica, un condensador adicional siempre está conectado a la salida con el fin de almacenar la tensión contra picos de corriente rápida que podría cursos tensión cae rápidamente.
Lo único que falta ahora, es un conmutador de red y un fusible. Entonces la fuente de alimentación es completa.
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La corriente a través del transistor ahora se estabiliza y lo suficientemente alta como para suministrar pequeñas aplicaciones electrónicas.
Más potencia
En el circuito mostrado por encima del dispositivo de limitación de ahora es el transistor. Los parámetros del transistor define la tensión de salida (o más precisa la tensión máxima CE) y la corriente máxima que se puede tomar. Importante es siempre la situación entre el colector y el emisor. Aquí las altas cargas flujos actuales y, junto con la tensión CE caen se crea la pérdida de calor del transistor.
Si la fuente de alimentación tiene que entregar altas corrientes de salida o la diferencia entre la entrada y la tensión de salida es demasiado grande es necesario (V CE) un transistor más grande. Desafortunadamente un transistor más grande también necesita una base más grande de corriente que a su vez hace hincapié en el diodo Zener y por lo tanto la estabilización. Lo que necesitamos en este caso: Un transistor adicional. Un transistor que controla el transistor principal. Dos transistores en serie. Uno controla el otro.
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Ahora el transistor más pequeño toma la tensión de Zener y le da a este voltaje estable (0.7V menos) para el más grande de transistores de salida. La corriente de base para el uno más grande ahora fluye a través de CE de la inferior y no afecta el diodo zener.
El transistor superior es siempre mucho más grande que la otra, porque la carga principal fluye a través de este transistor, mientras que el transistor inferior sólo tiene que entregar la corriente de base pequeña para el grande. Tal fuente de alimentación puede entregar algunos amperios. Pero tenga en cuenta, junto con la caída de tensión CE esta alta corriente crea una gran pérdida de potencia, lo que significa calor. El transistor de carga tiene siempre para ser montado en un disipador de calor.
De nuevo un vistazo a las tensiones:
- Tensión Zener se fija en 12V
- Caída de tensión BE del primer transistor (más pequeño) también se fija en 0,7 V
- Tensión en E: (12 V - 0,7 V) = 11.3V
- Caída de tensión BE del segundo transistor (más grande) también se fija en 0,7 V
- Tensión en la E, que es la tensión de salida: (11.3V - 0.7V) = 10.6V
- La tensión de salida es estable pero sólo 10.6V
- O al revés: Si necesitamos una tensión de salida de 12 V del diodo Zener tiene que ser uno de
13.4V (12V + 0,7 V + 0,7 V)
Pérdida de potencia
Ahora, un vistazo a la pérdida de potencia:
La corriente a través del transistor junto con la caída de tensión entre C y E hace que la pérdida de potencia. En caso de que el transistor de carga superior puede haber varios vatios de pérdida de potencia, lo que significa calor. El transistor se calienta. Es por ello que el transistor de carga de una fuente de alimentación se monta siempre en un disipador de calor o directamente a la carcasa metálica del equipo. La regla de oro es: Cada semiconductor con una pérdida de potencia mayor que 1W necesita un disipador de calor.
La pérdida de energía o de calor es el producto de la caída de tensión V CE y la corriente de carga a través del transistor I CE
P = me carga × V CE
Voltaje Negativo
Ahora algo confuso.
Las fuentes de alimentación también pueden generar tensiones negativas. La tecnología es la misma que para tensiones positivas. Es sólo una cuestión de puesta a tierra o cuando el punto de referencia para nuestra medida es.
Significa tensión negativa, que la tensión de salida es más negativa contra el suelo.
Es el terminal positivo de una batería conectada a la tierra, entonces el terminal negativo es más negativo que el suelo. La tensión de salida es negativa.
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Imagínese dos baterías de 9V en serie. Primero nos conectamos la conexión negativo de la batería inferior (y nuestro cable de medición) a la tierra. En el centro nos medir 9V a 18V superior. Ahora ponemos el punto central hasta el suelo (y también nuestro cable de medición). Encima nos medir 9V y en el conector negativo de la batería -9V inferior. Tenemos dos tensiones, una positiva y una negativa. |
 | De la misma manera una fuente de alimentación para un positivo y un voltaje negativo obras. La conexión + es más positiva y la - conexión más negativo en comparación con el suelo. |
Fuentes de alimentación con Estabilizador-IC
Al lado de estabilización de tensión, a menudo una protección contra cortocircuitos y una protección superior para fuentes de alimentación son demandados. Sin embargo, el circuito debe ser lo más simple, pequeño y barato como sea posible.
La solución es un IC especial (Circuito Integrado), que contiene todas estas funciones. El estabilizador más común es la serie 78xx. Este circuito integrado contiene todos los circuitos de seguridad toda la estabilización y.
Positivo 78xx estabilizador
El IC tiene tres pines y está construido en una carcasa de transistor. La tensión de salida es fijo. Los diferentes tipos para diferentes tensiones están disponibles.
 | Parece un transistores pero es circuito integrado complejo. El tipo 78xx (izquierda) es un estabilizador para un máximo de 1A y la 78Lxx más pequeña (a la derecha) durante un máximo de 100mA. |
El IC está disponible para diferentes tensiones de salida. La tensión de salida se expresa por el nombre. Un 7812 es un estabilizador de 12V para una tensión positiva.
| 78xx para estos voltajes existe. |
La conexión de clavijas depende del tipo de caso. Es bueno saber que la parte metálica del 78xx es suelo. El IC puede montar directamente a un disipador de calor sin ningún aislamiento.
 | La conexión de pasador para el tipo 78xx positivo. El tipo más común es el tipo 1A en el caso A-220. Las clavijas de conexión son: izquierda - en centro - tierra derecho - Salida |
La aplicación es sencilla. Sólo se necesita un condensador de entrada y un condensador de salida pequeña para una fuente de alimentación totalmente estabilizado. La fuente de alimentación está protegida contra cortocircuitos y proporciona hasta 1A.
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79xx estabilizador Negativo
Al lado de la 78xx positiva también existen unos estabilizadores para tensiones negativas. Es la serie 79xx. El estabilizador de aspecto similar, pero las clavijas de conexión son diferentes.
 | Aquí la conexión de pasador para el tipo 79xx negativo. El tipo más común es el tipo 1A en el caso A-220. Las clavijas de conexión son: izquierda - suelo centro - en derecho - Salida |
Importante: El tiempo de la caja de metal NO se muele.
También el estabilizador negativo está disponible para diferentes tensiones de salida. A 7912 es un estabilizador-12V.
| 79xx para estos voltajes negativos existe. |
El siguiente circuito de alimentación de un concentrador de oxígeno combina dos fuentes de alimentación, uno para un positivo y uno para la tensión negativa.
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Por debajo de una fuente de alimentación similar de un espectrómetro.
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El transformador se dibuja en otro lugar, pero de todos modos el voltaje de CA llega a los puntos AC-15-2-15V y AC-15-2-0V, lo que obviamente significa 15V AC (en los diodos) contra el suelo. La rectificación se realiza por sólo dos diodos (D5, D6). La planta está ahora la atención en el medio, la parte superior muestra la parte por el voltaje positivo, la parte inferior es para la tensión negativa.
(Por cierto, hay un fallo en el circuito. Mira las tensiones especialmente en la parte negativa ...)
Solución de problemas y problemas comunes
Razones por defectos en los circuitos electrónicos en general son siempre altas corrientes, voltajes altos y las pérdidas de energía con el desarrollo de calor grande. Todo esto se aplica a las fuentes de alimentación. Es por ello que la solución de problemas en equipos electrónicos siempre debe comenzar con la comprobación de la tensión (s) de la fuente de alimentación.
En teoría reguladores de tensión nunca deben fallar porque están protegidos contra cortocircuitos y sobrecalentamiento. Pero en la práctica a veces se rompe. (¿Por qué? - No lo sé.)
Un error de función se tiene que hacer en el poder. Incluso si estabilizadores parecen transistores, que son circuitos integrados. No es posible comprobar un estabilizador con un ohm-metro!
Un control de la tensión es muy fácil:
- Conecte el multímetro a la tierra (carcasa de metal, menos de la mayor condensador ...)
- Eje izquierdo es la tensión de entrada (hasta 30 V), el centro es la tierra (0 V) y la patilla derecha es la
salida estabilizada (para el tipo 78xx común)
- La conexión de pasador de reguladores negativos (79xx) es diferente (tierra - de entrada - salida).
Piense acerca de la protección de cortocircuito cuando no hay tensión de salida. No hay tensión de salida se puede decir, que el estabilizador es defectuoso y no emite un voltaje. Pero también puede significar que hay un cortocircuito después de la fuente de alimentación y la protección integrado tira de la tensión hacia abajo. Por lo tanto, es necesario separar la carga del estabilizador si no hay tensión. Sólo despegar los cables conectados a las etapas o cortar la pata de salida de la IC con un pequeño cortador. Ahora puede comprobar el voltaje de salida directamente en la IC. Más tarde se puede soldar de nuevo.
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Esta es la fuente de alimentación de un espectrómetro. Es evidente que para ver los grandes condensadores de carga a la izquierda y en el centro, dos rectificadores de entre tres y estabilizador montados en pequeños disipadores de calor.
Primer paso para el control de la junta es: Conexión negativo del voltímetro al suelo (menos de los condensadores, la banda de conductores más grande o la patilla central del estabilizador 78xx). El voltaje de entrada es inestable en el pin 1, la tensión de salida estable es en el pin 3.
Recuerde, estabilizador 79xx negativo tiene diferente conexión pin.
 | Aquí de nuevo las conexiones de pines de un 78xx y 79xx una |
Si un estabilizador es defectuoso y la derecha no está disponible, tal vez otro uno puede tomar. El truco es tomar un estabilizador para una tensión inferior y poner encima de la tierra por un diodo Zener. Tensión de Zener estabilizador de tensión y hacen que la tensión de salida.
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Un voltaje de 9V-salida (8.9V) puede ser creado por un 5V-estabilizador común y un 3.9V-diodo Zener. |
Hágalo usted mismo la fuente de alimentación con IC estabilizador
A menudo se necesita una fuente de alimentación. Un equipo alimentado por batería se contará a la tensión de red o la fuente de alimentación externa defectuosa de por ejemplo un microscopio no es reparable. En este caso, una fuente de alimentación puede ser construido por ti mismo. Sin embargo, para la construcción se necesitan algunas experiencias y algunos cálculos que hacerse.
Aquí algunos consejos universales para el cálculo de los valores de las piezas que se necesitan:
Transformador: Tensión de salida debe ser más alto que el 3-5V (inestable) de tensión continua necesaria. La corriente de salida debe ser 10-20% más alta que la corriente continua necesaria.
Rectificador: La tensión de prueba debe ser de al menos 1,4 x transformador de tensión de salida.
Capacitor 1: Carga del condensador lo más grande posible. 470UF por 100mA es perfecto. Tensión de prueba al menos 1,4 x U Transformador
Estabilizador: Pérdida de potencia más grande que 1W siempre con disipador de calor. P = (U out - U in) x I
Capacitor 2: condensador de salida. Para aplicaciones de audio 220μF, para todos los demás 10UF. Tensión de prueba al menos 1,4 x U Estabilizador
 | A menudo se encuentran dos pequeña bipolar condensadores C2, C3 en el camino de entrada y de salida del estabilizador. Su tarea es la de suprimir oscilante no deseada de la IC. Ellos deben montarse cerca del estabilizador. Los valores no son críticos. 0.1μF son comunes. |
