(Ejercicios resueltos)

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1 ESCUELA TECNICA SUPEIO DE INGENIEOS INDUSTIALES Y DE TELECOMUNICACION UNIVESIDAD DE CANTABIA INSTUMENTACION ELECTÓNICA DE COMUNICACIONES (5º Curso Ingeniería de Telecomunicación) Tema VI: eferencias de tensión y reguladores de tensión. (Ejercicios resueltos) José María Drake Moyano Dpto. de Electrónica y Computadores Santander, 005

2 Problema 6.1: Diseño de un regulador de tensión. Diseñar un regulador de tensión de 7.5 V nominal con capacidad de alimentar cargas comprendidas entre 1.5 Ω y 10 Ω. Para ello se dispone de una fuente de tensión no regulada de 1 V y con un nivel de rizado de 0.5 V rms. 0 ac Transformación ectificación y filtrado 1 Vdc Vrms egulador de tensión 7 Vdc % L (1.5Ω-10Ω) Analizar dos posibles diseño: Diseño basado en el circuito de referencia de tensión AD580, y en el amplificador operacional TL081. Utilizando el regulador de tensión integrado LM317 Si se necesita utilizar una etapa de potencia, utilizar el transistor de potencia N055, cuyas hojas características se acompañan.. equerimientos: Bajo las condiciones de variación de la fuente y de la carga especificadas y con el rango de 0º a 40ºC de temperatura ambiente, las variaciones de la tensión de salida deben ser inferiores al 0.01% de la tensión nominal. El nivel de ruido en la banda Hz debe ser inferior 5 mv rms. Debe necesitar ser ajustada sólo una vez por año. Debe aguantar cortocircuitos circuito de salida de hasta 5 s.

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8 Diseño funcional V =1 V i AD580 + (BC549) Q TL81 - b (BC549) Q 3 Q (N3055) 1 sc V o =7.5 V 1 L ( Ω) 1 La tensión de salida V o es función de 1, y V z, = 0Ω = = = Ω + = + V o Vz 1 = 0Ω ' = 100Ω La intensidad de salida en cortocircuito I SC se puede limitar a, > 7.5V 0.6 I = 5.0A elijo ISC = 6A sc = = 0. Ω 1.5Ω 6 1 SC 1

9 La resistencia b debe proporcionar la intensidad I B sin que el operacional se sature. b VAOsat Vo VBE1 VBE < = 3800Ω b = 560Ω I Lmax 5 (1 + β1(1 + β )) Diseño térmico Máxima potencia disipada en Q1 P = V I = (1 7.5) 5. W Q1 CE L = 5 Max TJ<00ºC Θ JC =1.5ºC/W Θ D T A =40ºC P max =.5W La resistencia máxima que puede ofrecer el radiador del transistor Q 1 es Θ D < 1.5 = 5.6º C / W.5 Verificación de los requerimientos Se requiere que V o <0.1/100*V o =7.5 mv Variación de la salida debida al rizado de la fuente: Debido al PS del AO: (PS=86 db=0000) V o = 0.5*3/ 0000 = 75µV (Se cumple) Debido al PS de la referencia de tensión: V o <1.5mV*3=4.5 mv (Se cumple) Variación debido a los cambios de la carga La impedancia de salida del amplificador se puede deducir de la gráfica de V CE -I C, oq1 =0.1Ω La impedancia de salida del regulador, que es también la regulación de carga es, o = oq1 /(1+A d *α)=0.1ω/( (1/3))=1.5 µω V o = o *V o (1/ Lmin -1/ Lmax )=7.5V* *(1/1.5-1/10)=6.4 µv (Se cumple)

10 I C =5A 1/ oq1 oq1 =( )V/( )A= = 0.1 Ω Evaluación del ruido en el rango 0.1Hz-10Hz uido debido al amplificador operacional En el amplificador TL81: e nw= V /Hz f ce =100 Hz E noao + f H 1 enw fceln = 3* *(100*Ln(10/0.1)) 1/ =1.46 µv rms 1 f = L uido debido a la referencia de tensión: El ruido integrado en el rango Hz es 8.0 µv pp, por tanto el ruido en la salida, Enpp 8.0 E no = 1 + = 3 = 8.0 µ Vrms El ruido total a la salida del circuito regulador de tensión es, E = E + E = = 8.13 µ V (se cumple) no noao no rms Variación en la salida debido a las variaciones de temperatura (0º-40ºC) 6 V o = 55ppm /º C 7.5V T = V 40º C = mv 6 V o = 5ppm /º C 7.5V T = V 40º C = 7. 5 mv 6 V o = 10 ppm /º C 7.5V T = V 40º C = 3. 0 mv (AD580S) (AD580T) (AD580U) No se cumple la especificación si se utiliza el modelo AD580S, pero sí se cumple si se utilizan los modelos AD580T y AD580U.

11 Variación en la salida en un año La desviación de la tensión de referencia a largo plazo (plazo indefinido) es de 50 µv, por tanto, en la salida Vo = 1 + V = 3 50 V = mv µ (Se cumple) 1 Diseño utilizando el egulador de tensión integrado LM317 No es posible utilizar directamente el regulador de tensión LM317, ya que solo tiene capacidad de proporcionar una intensidad de salida de 1.5 A. y en la aplicación se requieren 4 A. Por ello, se utiliza un transistor de potencia de salida. Input V i =1V Vo = 1.5V 1 + I ADJ = 7. 5V + 1 LM317 Output Q 1 (N3055) Si utilizamos =100Ω ( =1000 Ω + =500Ω) Adjust 1 V o =7.5V L (1.5 10) Ω I ADJ 1.5 = 100 = = = 1 V o 100 = 40 Ω 5 Diseño térmico: La potencia térmica se disipa en el transistor Q1 y el modelo térmico es exactamente el mismo que en el diseño implementado con amplificador operacional. P maxq1 =.5W y Θ D =5.6 ºC/W Variación de la salida debida al rizado de la fuente: La regulación de línea del LM317 es: 0.0 %/V ( incluye la fluctuación de temperatura) V = ( C /100) V V = = mv (se cumple) o o i rms

12 Variación de la salida debida a los cambios de la carga En este caso, la introducción del transitor Q1 hace difícil estimar las variaciones que se produce por variación de la carga, ya que no se tiene información de la ganancia de bucle alrededor de él. 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 variación de la carga está amortiguada por el efecto del transistor Q1. Variación en la salida en un año En las hojas características de LM317, 0.3 Vo = Vo =. 5mV (no se cumple lo requerido en la especificación) 100 uido en la salida ( Hz): En las hojas características de LM317, No se dispone información para evaluar el ruido en el rango 0.1 a 10 Hz. Le ruido en el rango 10Hz 10KHz Vo = Vo = 0. 5 mvrms 100

13 Problema 6.: Caracterización automatizada de una fuente de tensión.

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