PaperDiodo: Teoría del diodo y Diseño de una Fuente de Alimentación para Arduino

Descripción

En esta página, veremos qué es un diodo y cómo funciona, y finalmente lo utilizaremos en una fuente de alimentación para Arduino

Tensión de Entrada: 220V AC
Tensión de Salida: 9v CC
Intensidad Máxima: 200mA (2VA)

¿Qué es un diodo?

Un diodo es un componente electrónico que se caracteriza por dejar pasar la corriente eléctrica en una única dirección, por eso su símbolo es una flecha indicando la dirección de conducción).

Un diodo tiene 2 terminales, denominados ánodo (A) y cátodo (K). Para identificarlos, el cátodo suele tener una marca. Un método para identificar el ánodo y cátodo en la representación esquemática es imaginar el símbolo como la unión de una A girada 90º que representa el ánodo y el cátodo a una K girada 180º.

Si conectamos el ánodo a una tensión positiva y el cátodo a una negativa el diodo
se comporta como un interruptor cerrado, y si al contrario conectamos el ánodo a una señal negativa y el cátodo a una señal positiva, el diodo se comportará como un interruptor abierto.

Gráfica de Tensión/Intensidad del diodo
(curva característica) 
Si polarizamos positivamente (zona rosa del gráfico) , es decir el ánodo a + y el cátodo a - , y vamos incrementando la tensión (lado derecho de la gráfica) hasta que no superamos la tensión humbral (0,3v Germanio; 0,7v Silicio) la intensidad se mantiene residual.
A partir de este punto el diodo deja pasar libremente a la corriente eléctrica. 
Si hacemos que circule mucha intensidad a través del diodo llegará un momento que el diodo se queme.
Si lo polarizamos negativamente vemos que el diodo no permite el paso de la corrriente, hasta que a una tensión inversa máxima se funde.


Al proceso de no dejar pasar las corrientes negativas se le llama rectificar, y se suele usar para convertir la corriente alterna en continua.

Si por ejemplo colocamos un diodo en un cable conectado a un enchufe (ojo!, es un ejemplo no hay que hacerlo, que estamos hablando de 220v!! ). como la corriente alterna tiene 50Hz (cambia 50 veces por segundo de polaridad), el diodo en los intervalos en los  que la polaridad es negativa no conducirá.

Para evitar los intervalos en los que la tensión es nula, si utilizamos 4 diodos (puente rectificador) podemos redirigir la corriente, y conseguir una tensión con más componente positivo.

Para finalizar ponemos en paralelo con la salida un condensador que acumule tensión y la descargue cuando la tensión de los diodos sea menor que la del propio condensador.
Con este condensador (condensador de filtrado) hacemos que la tensión de salida sea "casi" continua en el tiempo ( a las pequeñas ondas se le llama "rizado".

Mira!!,  sin darnos cuenta hemos hecho una fuente de alimentación!! sólo necesitamos un transformador al inicio que nos disminuya la tensión de 220 voltios a 10,5v. (Como la caída de tensión de los diodos es 0,7 => 10,5v-0,7x2=9,1v~9v)

Nota: Como el Paperduino tiene bornas de conexionado no es necesario ningún conector, pero para Arduino necesitarás un conector Jack de alimentación de 2,5mm de diámetro

Como el tanto el Arduino como el Paperduino tienen chip estabilizador (El paperduino también: LM7805) podemos alimentar el micro con esta placa.


Realización
 
El método Paper consiste en ayudarnos en unas pegatinas para facilitarnos el proceso de montaje y soldadura.

Primero imprimiremos el documento PaperDiodo (disponible en la parte inferior de esta página en el apartado de descargas):

Una vez impreso el documento, comprobaremos que la impresión se ha realizado a la escala correcta con la ayuda de la regla impresa situada en el lateral izquierdo de la hoja. Al colocar a su lado un regla en centímetros deberán coincidir las marcas.

Si quieres puedes proteger la paperetiqueta con un plástico transparente autoadhesivo:

Después recortamos la Paperetiqueta:

Le añadimos adhesivo de doble cara en la parte inferior

Necesitaremos cortar un trozo de placa de stripboard de 9 filas por 9 agujeros; lo podemos hacer con un cutter.

Con ayuda de una aguja colocamos la paperetiqueta en línea con la placa.

Con ayuda de una aguja perforamos todos los agujeros de la paperetiqueta:

Colocamos los diodos:

Y luego colocamos el condensador:

Soldamos los componentes, y añadimos un par de terminales a los que soldaremos el transformador. Tendremos que soldar también el cable de salida. (una vez soldados todos los elementos, podemos aislar la cara de las pistas con cinta aislante)

Ahora le toca el turno al transformador:

 Como vemos en la foto utilizaremos los terminales 1-5 para 220v y 7-9 para la salida, así que recortaremos las innecesarias:

Ahora podemos introducir el transformador en la placa, y doblando los terminales introducidos previamente, los soldaremos a los terminales del transformador que atraviesan la placa.

Podemos utilizar un viejo cable de alimentación de ordenador...

Al que le cortamos el enchufe hembr, y soldaremos a los terminales del transformador que atraviesan la placa (220v-AC)

Si vamos a alimentar un Arduino, soldaremos un Jack de 2,5mm (rojo al interior y negro al exterior), si vamos a alimentar un Paperduino, (Con terminales de tornillo) puede ser interesante pelar las puntas del cable y aplicarlas estaño para endurecerlas.

 Y ya tenemos nuestra fuente de alimentación

Como tenemos cables con 220v al aire, tenemos que meterlo en una caja:

Yo he usado una de esas de diapositivas.
¿Cómo, que no sabes que es eso?.  No importa, usa cualquier caja, pero que no sea metálica !!

Enlaces de Interés

• Fuentes lineales
• Pagina diodo de wikipedia

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Notas
Para la realización de este proyecto se han utilizado los programas: Arduino, Inkscape, Openoffice, Gimp, Picasa, Fritzing
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