REGULADORES DE VOLTAJE DISCRETOS E INTEGRADOS A.
OBJETIVOS
Analizar y experimentar los diversos diverso s reguladores de voltaje, volta je, efectuando mediciones medicio nes del voltaje de entrada salida. Además analizar los márgenes del voltaje de rizado en reguladores serie. B.
FUNDAMENTO TEORICO
REGULADOR BÁSICO BÁSICO SERIE REGULADOR REGULADOR DISCRETO La principal desventaja del regulador con diodo zener, es que el diodo zener debe absorber toda la corriente que la carga no requiera, una forma de solucionar esto es incorporando un transistor de potencia) como se muestra en la Fig. 1. En esta configuración, la corriente que absorbe el diodo zener no es la que no quiere la carga I L , sino la que no desea la base del transistor. transisto r. Note que la corriente de carga es la corriente que circula de colector a emisor, esto implica que:
ILmax βIB Entonces el valor máximo que podría po dría circular por la base del transistor es una un a fracción de la corriente I Lmax Lmax dividida por el β del transistor. Luego en el caso en que la carga no requiera toda la corriente, por el zener sólo podría circular como máximo una fracción de la corriente de la base.
Fig.1 Regulador básico con transistor de potencia. po tencia. (b)Configuración practica
El circuito funciona de la siguiente sigu iente forma: La Tensión de salida sali da V L debe mantenerse fija ante variaciones de la corriente corrient e de carga (sólo bajo el rango ra ngo de diseño considerado). El diodo zener proporciona la referencia refe rencia de voltaje al cual debe permanecer el regulador, Vz. Por lo tanto siempre debe estar polarizado adecuadamente, por lo menos debe circular I zmin. Si existe un incremento de la corriente de carga IL (por disminución de RL), esto implica una disminución del voltaje V L , entonces el voltaje aplicado V be - V L aumenta, lo que lleva a un incremento de la corriente de base. be= V Z Finalmente aumenta la corriente corrien te de colector, restaurándose restauránd ose del V L original. Si existe una disminución de la corriente de carga, crece V L , luego disminuye IB, lo que lleva a una disminución de la corriente de carga IL, disminuyendo V L. La resistencia R debe diseñarse para que por el diodo zener circule la corriente mínima necesaria para que se polarice adecuadamente. Además, I Bmax proporciona la corriente de carga máxima (I Lmax ). ). De acuerdo a esto
I Izmin + IBmax Vsmin− R Izmin + IBmax Donde:
R
Vsmin Izmin + IBmax
Vsmin Izmin + ILmax /β
Vsmin Izmax + ILmin /β
En la práctica se puede considerar Izmin=0.1Izmax, luego: ( Vsmin ) + (Vsmax ) = (Vsmin 0.1Vsmax 0.9 ) Esta ecuación es similar a la planteada plant eada en el apartado anterior para el regulador re gulador simple, salvo que Izmax está dividido divi dido por β.
El transistor utilizado de cumplir cump lir con los requerimientos de potencia poten cia adecuados y la corriente máxima que es capaz de entregar. La potencia disipada en un transistor BJT se define como:
+ ≈ De acuerdo a lo planteado
(Vsmax ) < La diferencia entre el voltaje volta je entrada máximo y el voltaje de la carga multiplicada por la corriente de colector no debe superar la potencia p otencia del transistor. Por otro lado, la corriente que circula entre colector y emisor NO debe superar la corriente máxima que es capaz de entregar el transistor.
REGULADOR REGULADOR EN SERIE SERIE (CON TRANSISTO TRANSISTOR R Y CON OPAM) Para ambos reguladores, el funcionamiento funcion amiento lo podemos explicar explic ar con este diagrama de bloques: Un circuito muestrea el voltaje de salida y proporciona un voltaje de realimentación que se comparará con un voltaje de referencia. 1. Si el voltaje de salida se incrementa, el circuito comparador emite una señal de control que hace que el elemento de control en serie reduzca la cantidad del voltaje de salida, con lo cual se mantiene el voltaje de salida. 2. Si el voltaje de salida se reduce, el circuito comparador emite una señal de control para que el elemento de control contro l en serie incremente la cantidad del voltaje volta je de salida. C. MATERIAL Y EQUIPO EQUIPO
Transistores: De potencia NPN, Opamp 741 Resistores de 1K Ω , 2K Ω , 20K Ω , 100K Ω ,
Capacitores 100uf, 47uf, 2x10uf
01 Osciloscopio TEKTRONICS-COLOR
01 Diodo Zener 350Ω
01 panel de conexiones
01 Multímetro FLUKE
01 Fuente de Alimentación Programable D. PROCEDIMIENTO
1. Ensamble 1. Ensamble el circuito de la figura figu ra de abajo:
2. Calcular el voltaje regulado resultante del circuito 1. 3. Variando el voltaje de entrada Vi desde de 10v a 16v. efectuar la medición del voltaje regulado Vo 4. Compare el resultado del voltaje obtenido en el paso 2 con las mediciones del paso 3. 5. Implementar 5. Implementar el circuito 2 siguiente: sigu iente:
6. Calcular el voltaje de salida Vo del circuito 2. 7. Variando el voltaje de entrada Vi desde 10v a 24v medir Vo . 8. Compare el resultado del voltaje obtenido en el paso 6 con las mediciones del paso 7. E.
SIMULACIONES
CIRCUITO 1 Q1 2N2222A
R1 V1 10 V
1.0kΩ
R2
C1 100µF
20kΩ
+
2.987
V
-
D2 1N747A
Valores teóricos Vi
10
11
12
13
14
15
16
Vo 2,987 2,992 2,996 2,999 3,003 3,006 3,008 Forma de la onda de la carga
U1 DC 10MOhm
CIRCUITO 2 Q1 2N2222A V2 R1
R2
10 V
1.0kΩ 7
1
5
100kΩ
R3 1.0kΩ
R5
U1
20kΩ
V1 10 V
C1 50µF
6
741
R4
2
DC 10MOhm
1N750A
10 V
Valores teóricos 12
6.989
2kΩ
V3
10
+
-
4
D1
Vi
U2
3
14
16
18
21
24
Vo 6,989 7,003 7,013 7,022 7,030 7,040 7,040 Grafica de onda de la carga
V
