Simuladors Electrònics 2: Font d'alimentació amb el LTSpice IV

En el post d’avui continuarem parlant d’aquest simulador, el LTSpice IV, tot i que en el post d’ahir vaig dir que paralariem d’un altre, el OrCAD, crec que és millor que seguim parlant d’aquest simulador, proposant un circuit per adentrar-nos més en utilització d’aquest. Per a fer-ho, realitzarem una font d’alimentació, que ens passarà dels 230v de la Xarxa Elèctrica, a per exemple, 5 volts i un amper de corrent.

Primer de tot, haurem de modelitzar la Xarxa Elèctrica, és a dir, haurem de posar una font al circuit que actuï com la Xarxa Elèctrica (230V eficaços, i 50Hz). Per a fer-ho, anirem a Edit, Component, o amb el botó de la barra superior. Ens apareix un quadre, ara, seleccionarem el component que s’anomena Voltatge. Cliquem, i el posem al circuit. Una vegada el tenim, fem click amb el botó esquerra per editar les seves característiques i anem a Advance. En la finestra que apareixerà, configurarem de la següent manera:

Peró, com tots sabeu, una font d’alimentació conté un transformador, que són dues bobines, que segons el número d’espires que tingui una i el número que tingui l’altre, el voltatge es redueix en aquesta proporció. Aquí podeu veure l’esquema d’un trafo:

En el programa amb el que estem treballant, el LTSpice IV, no tenim cap model que es comporti com un trafo (transformador), tot i que el podríem modelitzar nosaltres, crec que serà més fàcil si simulem, i dissenyem el circuit a partir del trafo. Així, que la font que teníem, en comptes de 230V, la posarem de 12V, que és un valor típic d’un transformador.

Veiem que tenim un problema, i es que nosaltres volem una senyal de 5V i continua…. Hem de fer alguna cosa perquè aquest pics negatius no hi apareguin. Tenim dues opcions: rectificador de mitja ona i rectificador d’ona completa. Veiem els dos:

• Rectificador de mitja ona: En aquest cas usem un díode, que el que farà és no deixar passar els semicicles negatius de la senyal. Veiem el circuit i la simulació:
• Hem posat una resistència per poder veure la simulació. Veiem, que efectivament, els semicicles negatius han desaparegut, però, tenim un petit problema, i es que durant molt de temps, mig període de la senyal, aquesta val zero. Això ja veurem més endavant, que ens provoca un problema amb etapes posteriors, per això sempre usarem el rectificador següent.
• Rectificador d’ona completa: En aquest rectificador el que farem serà serà, passar la ona negativa a positiva. Això ho fem mitjançant el que s’anomena Pont de Díodes. Vegem el circuit i la simulació:

Veiem doncs, que hem aconseguit que els dos cicles passin a ser positius, amb un breu període a 0, per culpa de les tensions forward del díode. (Per poder veure aquesta senyal, hem de punxar entre les potes de la resistència, o en el seu defecte, moure la massa a la pota inferior de la resistència.)

Molt bé, ara ja tenim la tensió tota positiva, ara el que cal fer és fer-la continua. Per a fer-ho, usarem un condensador, que el que farà serà, carregar-se i descarregar-se, però poc a poc, cosa que farà linialitzar la sortida, ja que quan la senyal del transformador baixi subtadament, el condensador aguantarà aquesta tensió, mentre que quan el trafo ens dongui una tensió superior a la del Condensador, aquest es carregarà. Vegem amb la simulació. (Hem d’anar jugant amb els valors del condensador, en el seu defecte fer els càlculs necessaris ). Ara hem de posar una font de corrent per modelitzar el comportament del element que alimentarem. Per això, anem a Edit, Component, i seleccionem Current.

Veiem un parell d’exemples, amb dos valors de condensador diferent, i una càrrega 1A:

• Si el condensador és de 500uF, la gràfica que ens dona és:
• 
• Si el condensador és de 22mF, l’he trobat jugant una mica amb els condensadors, la gràfica que ens dona és:
• 

Veiem, doncs, com amb valors de condensador, més grans, la senyal és més estable, ja que té més capacitat,  i pot emmagatzemar més energia.. Tenim un problema llavors, la mida!!! Quanta més capacitat té un condensador, més gran és i més car. Hem d’arribar a un compromís.

Depenent de la font que vulguem fer, el nostre treball com a dissenyadors ja hauria acabat, ja que ara ja tenim un senyal estable i de baixa tensió, i utilitzant algun xip, com per exemple un 7805, tindríem a la sortida 5V. Aquest xip el que fa és a partir d’una tensió baixa (superior als 7.5V, i continua ) ens dona una sortida de 5V continus. Però per a aquest exemple, continuem dissenyant.

Com deiem, ja tenim un senyal de baixa tensió i continu, i el que hem de fer és baixar-lo als 5V, que volíem. Per aconseguir aquest 5V, necessitarem d’una resistència i un díode Zener. El díode Zener el que fa, és fixar una tensió entre els seus bornes. Buscarem un Díode Zener, que tingui un Voltatge Zener de 5V. En el programa tenim dos zeners que s’apropen a aquest valor, de 4.7V i 6.2V( per a trobarlo, hem de col·locar un diode, després botó dret i Pick New Diode). Escollirem el de 6,2V. La resistència la necessitem per a poder “menjar-nos” la diferencia entre el voltatge que tenim entre les bornes del condensador, i el voltatge del Zener.

Haurem de calcular la resistència com R=(10,2-4,7)/1=5,5ohms.Veiem que aquesta resistència dissipa molta potència, (P=VI=5.5W). El que faríem, alhora de implementar-ho seria el posar unes quantes en Paral·lel, per reduir el corrent que passa per cada resistencia, el que disminuiria la potència a disipar per cada resistència, el que implica reduïr la seva mida. Per al nostres dissenys normals, gairebé mai utilitzem tanta corrent, de fet, amb 500mA, ja seria més que suficient. Veiem com tenim la sortida, quan unim tot: (al final hem posat una resistència de 5oms, ja que d’aquesta manera aconseguim els 5V exactes.

Veiem que tenim una petita arriçada, és a dir que la senyal no es totalement plana, potser es massa gran, el que podem fer es, augmentar una mica més el condensador anterior, o després del Díode Zener introduir un nou Condensador, aquest de valor més petit, com per exemple, 520uF. La sortida, i el circuit final queda de la següent manera:

En aquest post, llarg…., hem vist com dissenyar una fot d’alimentació, usant un simulador electrònic. Això ens ha permès anar veient com es comporta el circuit, si fa el que volíem, i ens ha estalviat el fer càlculs, com exemple el calcul del condensador.

Si teniu dubtes, als comentaris!