06_Regulacion
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04/06/2012 1 REGULACION DE VOLTAJE Ing. Roberto Pérez Checa REGULACION DE VOLTAJE Mediante Zener: • Una vez que hemos convertido de AC a DC, muchas veces es necesario tener valores de voltaje diferentes a los obtenidos a la salida de los capacitores, eliminadores de rizo. REGULACION DE VOLTAJE Mediante Zener: • Primeramente supondremos que están conectados directamente, por lo tanto V C = V L entonces: • Problemas que podemos tener: – RL variable (variaciones de carga). – Variaciones de tensión de red (variaciones de red). REGULACION DE VOLTAJE Mediante Zener: • Debido a estos dos problemas la onda de salida de ese circuito puede variar entre dos valores y el objetivo es obtener una tensión constante en la salida. Para resolver este problema ponemos un regulador de tensión basado en el diodo zener. • Analizando este circuito tendremos: REGULACION DE VOLTAJE Mediante Zener: • Regulador de tensión en vacío (sin carga).- V S estará entre un mínimo y un máximo, y el regulador tiene que funcionar bien entre esos 2 valores (V S máx y V S mín). En este caso V S lo pondremos como una fuente variable. REGULACION DE VOLTAJE Mediante Zener: • Regulador de tensión en vacío (sin carga).- recodemos que el zener para funcionar como regulador tiene que estar en su zona de polarización inversa.
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04/06/2012
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REGULACION
DE
VOLTAJE
Ing. Roberto Prez Checa
REGULACION DE VOLTAJEMediante Zener:
Una vez que hemos convertido de AC a DC, muchas veces es necesario tener valores de voltaje diferentes a los obtenidos a la salida de los capacitores, eliminadores de rizo.
REGULACION DE VOLTAJEMediante Zener:
Primeramente supondremos que estn conectados directamente, por lo tanto VC = VLentonces:
Problemas que podemos tener:
RL variable (variaciones de carga).
Variaciones de tensin de red (variaciones de red).
REGULACION DE VOLTAJEMediante Zener:
Debido a estos dos problemas la onda de salida de ese circuito puede variar entre dos valores y el objetivo es obtener una tensin constante en la salida. Para resolver este problema ponemos un regulador de tensin basado en el diodo zener.
Analizando este circuito tendremos:
REGULACION DE VOLTAJEMediante Zener:
Regulador de tensin en vaco (sin carga).- VSestar entre un mnimo y un mximo, y el regulador tiene que funcionar bien entre esos 2 valores (VSmx y VSmn). En este caso VS lo pondremos como una fuente variable.
REGULACION DE VOLTAJEMediante Zener:
Regulador de tensin en vaco (sin carga).-
recodemos que el zener para funcionar como regulador tiene que estar en su zona de polarizacin inversa.
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REGULACION DE VOLTAJEMediante Zener:
Regulador de tensin en vaco (sin carga).- por ejemplo comprobemos si funciona bien el siguiente
circuito, para
ello hay que
comprobar si
IZmn y IZmx ,
est en los
limites
permitidos:
REGULACION DE VOLTAJEMediante Zener:
Regulador de tensin en vaco (sin carga).-
Funciona bien porque se encuentra entre los dos valores (mximo y mnimo). La salida es constante, lo que absorbe
la tensin que sobra es
la R (que es la resistencia
limitadora).
REGULACION DE VOLTAJEMediante Zener:
Regulador de tensin con carga.- Para saber si estamos en ruptura calculamos el equivalente de Thevenin desde los bornes de la tensin VZ:
REGULACION DE VOLTAJEMediante Zener:
Regulador de tensin con carga.- con esto tendremos que:
REGULACION DE VOLTAJEMediante Zener:
Regulador de tensin con carga.-Como en el anterior caso los valores del circuito tienen que estar entre un mximo y un mnimo:
El zener absorbe la corriente
sobrante (IZ variable) y la resis-
tencia (R) la tensin sobrante.
Entonces a la salida la forma
de la onda es
la siguiente:
REGULACION DE VOLTAJEMediante Circuito integrado:
Las empresas diseadoras de componentes han presentando, hace ya algunos aos, los reguladores integrados.
Estos dispositivos de gran utilidad anan todas las ventajas de una completa fuente de alimentacin en un solo encapsulado reduciendo el problema de un buen diseo a unos pocos componentes.
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REGULACION DE VOLTAJEMediante Circuito integrado:
Reguladores fijos.- Cuando se requiere una tensin fija y estable de un determinado valor, se utiliza la lnea de reguladores conocida como LM78XX.
Las primeras letras y dos nmeros corresponden a la denominacin, mientras que las dos ltimas XX deben ser reemplazados por la tensin de salida requerida.
REGULACION DE VOLTAJEMediante Circuito integrado:
Reguladores fijos.- las tensiones disponibles de observan en la siguiente tabla:
Nmero Tensin de salida
LM7805 5 Voltios LM7806 6 Voltios LM7808 8 Voltios LM7809 9 Voltios LM7812 12 Voltios LM7815 15 Voltios LM7818 18 Voltios LM7824 24 Voltios LM7830 30 Voltios
REGULACION DE VOLTAJEMediante Circuito integrado:
Reguladores fijos.- estos dispositivos poseen tres terminales:
Una corresponde a la entrada de tensin no regulada.
Otra es la salida regulada.
La restante es la referencia comn para entrada y salida.
En cuanto al encapsulado, conviene aclarar que, si bien estn disponibles en varios tipos, generalmente se los suele encontrar en el encapsulado del tipo TO-220.
REGULACION DE VOLTAJEMediante Circuito integrado:
Reguladores fijos.- Para comprender completamente la simplicidad de una fuente de alimentacin de este tipo, slo basta observar el diseo de la siguiente diagrama:
REGULACION DE VOLTAJEMediante Circuito integrado:
Reguladores fijos.- nicamente han sido agregados dos capacitores al circuito integrado. En donde: C1.- filtra la tensin de posibles transitorios y picos
indeseables. C2.- disminuye la tensin de rizado de salida, a la vez que
evita oscilaciones.
En cuanto a la tensin de entrada, esta es de un rango muy amplio.
Por ejemplo, si el re-gulador elegido es uno de nueve voltios(LM7809), la tensinde entrada podr ser de entre 12 y 39 voltios.
REGULACION DE VOLTAJEMediante Circuito integrado:
Reguladores fijos.-Para realizar una fuente de alimentacin fija completa, observemos la figura siguiente:
Explicacin:
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REGULACION DE VOLTAJEMediante Circuito integrado:
Caractersticas:.
Regulacin de lnea.- para un cambio de 20 voltios a la entrada se produce una variacin de slo 4 milsimas de voltio a la salida.
Regulacin de carga.- para una variacin de corriente de 1,5 amperios, la tensin de salida solamente se modifica en 10 milsimas de voltio.
Rechazo al riple.- indica cuntas veces ms chico es el valor de la tensin de rizado a la salida con respecto a la entrada. La tensin de rizado a la salida es 5000 veces menor que a la entrada.
REGULACION DE VOLTAJEMediante Circuito integrado:
Caractersticas:.
Capacidad de Corriente a entregar.-
LM7805: 2 A. LM7808: 5A, para reguladores de tensin superiores la corriente es de 1,2A.
Estos valores son vlidos cuando se utiliza un disipador adecuado y cuando la tensin de entrada no es superior en ms 15 voltios con respecto a la de salida.
Proteccin trmica y contra corriente excesiva.- Si la corriente o su temperatura son excesivas, el CI disminuye la tensin de salida en forma automtica a cero. Casi indestructibles.
REGULACION DE VOLTAJEMediante C. I. : Reguladores Negativos:
Existe la serie anloga a la LM78XX, de similares caractersticas, cuyas tensiones de salida son negativas con respecto a tierra.
Dicha serie es la 79XX. Donde nuevamente las X son reemplazadas por los valores anteriormente mencionados.
Las caractersticas de esta serie son similares a la anterior en lo que respecta a regulacin de carga, de lnea, rechazo al rizado y corriente de salida. La nica diferencia, adems claro est de ser reguladores de tensin negativa, en la distribucin de pines en el encapsulado.
A travs de la combinacin de ambas series es perfectamente factible el diseo de una fuente de tensin simtrica.
REGULACION DE VOLTAJEMediante C. I. : Reguladores Negativos:
A travs de la combinacin de ambas series es perfectamente factible el diseo de una fuente de tensin simtrica.
No es inconveniente que las tensiones de salida del regulador positivo y negativo no sean las mismas, sin embargo es recomendable que no sean muy diferentes una de la otra.
REGULACION DE VOLTAJEMediante C. I. : Reguladores Variables:
Existen distintas formas muy simples de realizarlas fuentes con reguladores integrados.
La primera forma que veremos es a travs de la utilizacin de la serie LM78XX. Este diseo sirve tanto para generar una fuente regulable:
REGULACION DE VOLTAJEMediante C. I. : Reguladores Variables:
Explicacin:
Entre sus terminales GND y OUT del regulador se desarrolla una tensin de XX voltios. Esta tensin aparece sobre los bornes de R1 desarrollndose as una corriente I de XX/R1 amperios. Ahora bien, la tensin de salida es I*(R1+R2), sea (XX/R1)*(R1+R2). Es decir que, la tensin de salida es de XX*(R2/R1+1) voltios.
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REGULACION DE VOLTAJEMediante C. I. : Reguladores Variables:
Explicacin:
Si R2 es un potencimetro, entonces disponemos de una fuente de tensin regulable. Basta variar R2 para que la tensin de salida vare a un valor deseado.
Si R2 es una resistencia fija, La tensin de salida se mantendr casi constante en el valor prefijado.
Observando del trmino entre parntesis de la expresin de salida, se deduce que la tensin de salida mnima es la propia tensin nominal del regulador, cualquiera sea la relacin R2/R1 escogida.
Teniendo en cuenta que la mnima tensin nominal de la serie 78/79XX es de cinco voltios, este diseo no es til para una fuente de tensin verstil de laboratorio. Para ello recurriremos a otro tipo de regulador integrado.
REGULACION DE VOLTAJEMediante LM317: Reguladores Variables:
En principio sus caractersticas son similares a cualquier 78XX, es decir un regulador positivo.
Posee una diferencia fundamental que lo hace ideal para fuentes regulables: su tensin de referencia(la XX de la expresin anterior) es de slo 1,25V, con lo ofrece la posibilidad de un amplio rango de tensiones de salida.
Un diseo estimativo de una fuente de laboratorio, con las excelentes caractersticas de regulacin y rechazo de rizado ya comentadas, capaz de proveer una tensin de salida entre 1,25V y 25V es el siguiente:
REGULACION DE VOLTAJEMediante LM317: Reguladores Variables:
Se observa que fueron agregados dos diodos y una capacitor con respecto al ltimo circuito. Tanto D2 como D3 evitan que se descargue el nuevo capacitor incluido a travs del integrado. A su vez dicho capacitor (C4 en este caso) mejora el rechazo al rizado elevndolo hasta los 80dB.
REGULACION DE VOLTAJEMediante LM317: Reguladores Variables:
Para obtener el rango de salida indicado en la figura R1 debe ser de 220, R2 un potencimetro de 5k y D1 y D2 cualquier diodo pequeo como por ejemplo, 1N4001.
En cuanto a la corriente de salida, es de 1,5 amperios si se utiliza un disipador adecuado.
REGULACION DE VOLTAJEAmplificacin de la corriente de salida:
La corriente de salida de un regulador integrado de este tipo es de mximo de dos amperios, insuficiente para algunas aplicaciones. Es por este motivo que, a travs del agregado de algunos componentes, amplificaremos la corriente de salida hasta casi cualquier valor.
REGULACION DE VOLTAJEAmplificacin de la corriente de salida:
El principio bsico es el siguiente:
Observando con detenimiento el diseo, se notar que la corriente de salida circula ahora tambin por RL. Al hacer esto provoca una cada de tensin sobre esta resistencia que, es a su vez, la tensin VBE que se aplica al transistor T1.
Cuando la mencionada tensin que cae sobre RL sea levemente superior a 0,6 voltios T1 comenzar a conducir, evitando de esta forma el grueso de la corriente pase por el regulador. De esta forma, y con el uso de uno o varios transistores adecuados, se puede obtener a la salida del regulador casi cualquier corriente.
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REGULACION DE VOLTAJEAmplificacin de la corriente de salida:
El principio bsico es el siguiente:
El clculo de RL Resulta, segn lo indicado arriba, muy sencillo. Entonces ser: RL=VBE/IL
En dnde VBE adopta un valor de 0,7 voltios e IL es la mxima corriente que debe circular por el regulador. Un valor tpico para esta corriente es de 1 amperio. Realizando los clculos obtenemos, que para un regulador estndar, RL es de 0.68 2W.
REGULACION DE VOLTAJEAmplificacin de la corriente de salida:
El principio bsico es el siguiente:
En cunto a T1, slo basta decir que puede ser cualquier transistor PNP que soporte la corriente mxima de salida de la fuente (ADVERTENCIA: dicha corriente es muy superior a IL). Si es de gran valor es recomendable colocar dos o ms transistores en configuracin Darlington.
REGULACION DE VOLTAJEAmplificacin de la corriente de salida:
