ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES Y DE TELECOMUNICACION

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

INSTRUMENTACION ELECTRNICA DE COMUNICACIONES

(5 Curso Ingeniera de Telecomunicacin)

Tema VI: Referencias de tensin y reguladores de tensin.

(Ejercicios resueltos) Jos Mara Drake Moyano Dpto. de Electrnica y Computadores Santander, 2005

Problema 6.1: Diseo de un regulador de tensin. Disear un regulador de tensin de 7.5 V nominal con capacidad de alimentar cargas comprendidas entre 1.5 y 10 . Para ello se dispone de una fuente de tensin no regulada de 12 V y con un nivel de rizado de 0.5 Vrms.

Analizar dos posibles diseo: Diseo basado en el circuito de referencia de tensin AD580, y en el amplificador

operacional TL081. Utilizando el regulador de tensin integrado LM317

Si se necesita utilizar una etapa de potencia, utilizar el transistor de potencia 2N2055 , cuyas hojas caractersticas se acompaan.. Requerimientos: Bajo las condiciones de variacin de la fuente y de la carga especificadas y con el

rango de 0 a 40C de temperatura ambiente, las variaciones de la tensin de salida deben ser inferiores al 0.01% de la tensin nominal.

El nivel de ruido en la banda 0.1- 10Hz debe ser inferior 5 mVrms.

Debe necesitar ser ajustada slo una vez por ao.

Debe aguantar cortocircuitos circuito de salida de hasta 5 s.

Transformacin Rectificacin y filtrado

Reguladorde tensin 220 ac

12 Vdc + 0.5 Vrms

7 Vdc + 0.01%

RL (1.5-10)

Diseo funcional

R

R(1.5 -10 )

R

R

R

Rb

1

1

2

sc

L

Q

Q

Q1

2

3

(2N3055)

(BC549)

(BC549)

V =7.5 Vo

V =12 Vi

+TL81

AD580

-

La tensin de salida Vo es funcin de R1, R2 y Vz,

==

=

==

+=

+=

1001801

220

2200.215.25.71

'1

1

2

1

2

1

2

1

2

RR

R

R

RR

RR

RRVV zo

La intensidad de salida en cortocircuito ISC se puede limitar a,

====

> 1.066.060.5

5.15.7 RscAISCelijoAVISC

La resistencia Rb debe proporcionar la intensidad IB2 sin que el operacional se sature.

==

+

++

< 5603800

2005015

6.00.15.711

))21(11(max

21b

L

BEBEoAOsatb RI

VVVVR

Diseo trmico Mxima potencia disipada en Q1

WIVP MaxLCEQ 5.225)5.712(1 ===

La resistencia mxima que puede ofrecer el radiador del transistor Q1 es

WCD /6.552.15.2240200

=

IC=5A RoQ1=(1.3-0.4)V/(10.0-1.0)A= = 0.1

Evaluacin del ruido en el rango 0.1Hz-10Hz Ruido debido al amplificador operacional En el amplificador TL81: e2nw=5.2 10-16 V2/Hz fce=100 Hz

=

+=

L

HcenwnoAO f

fLnfeRRE

1

21 3*5.2 10-16*(100*Ln(10/0.1))1/2=1.46 Vrms

Ruido debido a la referencia de tensin: El ruido integrado en el rango 0.1-10 Hz es 8.0 V pp, por tanto el ruido en la salida,

rmsnRpp

noR VE

RRE 0.8

30.83

31

1

2 ==

+=

El ruido total a la salida del circuito regulador de tensin es,

rmsnoRnoAOno VEEE 13.80.846.12222 =+=+= (se cumple)

Variacin en la salida debido a las variaciones de temperatura (0-40C)

mVCVTVCppmVo 5.16405.710555.7/556 === (AD580S)

mVCVTVCppmVo 5.7405.710255.7/256 === (AD580T)

mVCVTVCppmVo 0.3405.710105.7/106 === (AD580U)

No se cumple la especificacin si se utiliza el modelo AD580S, pero s se cumple si se utilizan los modelos AD580T y AD580U.

1/RoQ1

Variacin en la salida en un ao

La desviacin de la tensin de referencia a largo plazo (plazo indefinido) es de 250 V, por tanto, en la salida

mVVVRRV Ro 75.025031

1

2 ==

+= (Se cumple)

Diseo utilizando el Regulador de tensin integrado LM317 No es posible utilizar directamente el regulador de tensin LM317, ya que solo tiene capacidad de proporcionar una intensidad de salida de 1.5 A. y en la aplicacin se requieren 4 A. Por ello, se utiliza un transistor de potencia de salida.

VRIRRVV ADJo 5.7125.1 2

1

2 =+

+=

Si utilizamos R2=1200 (R2=1000 +R2=500)

==

=

=

=

2405

1200

125.1

1200100.465.71200

125.1

26

21 RIV

RRADJo

Diseo trmico: La potencia trmica se disipa en el transistor Q1 y el modelo trmico es exactamente el mismo que en el diseo implementado con amplificador operacional. PmaxQ1= 22.5W y D=5.6 C/W Variacin de la salida debida al rizado de la fuente: La regulacin de lnea del LM317 es: 0.02 %/V ( incluye la fluctuacin de temperatura)

rmsioo mVVVRCV 75.05.05.70002.0)100/( === (se cumple)

LM317

Input

Output

Adjust R1

R2

R2

RL

Vi=12V

Vo=7.5V

(1.5 10)

Q1 (2N3055)

Variacin de la salida debida a los cambios de la carga En este caso, la introduccin del transitor Q1 hace difcil estimar las variaciones que se produce por variacin de la carga, ya que no se tiene informacin de la ganancia de bucle alrededor de l. Posiblemente sea del orden del evaluado en el regulador basado en el amplificador operacional. No tiene sentido aplicar el regulador de carga del LM317, ya que la variacin de la carga est amortiguada por el efecto del transistor Q1. Variacin en la salida en un ao En las hojas caractersticas de LM317,

mVVV oo 5.221003.0

== (no se cumple lo requerido en la especificacin)

Ruido en la salida (0.1-10 Hz): En las hojas caractersticas de LM317,

No se dispone informacin para evaluar el ruido en el rango 0.1 a 10 Hz. Le ruido en el rango 10Hz 10KHz

rmsoo mVVV 225.0100003.0

==

Problema 6.2: Caracterizacin automatizada de una fuente de tensin.