Fuentes de alimentación Lineales
Regulador integrado 7805
Diagrama en bloques
Esquema eléctrico
Mediciones V OUT ΔV SAL t
Diagrama en bloques Fuente de alimentación lineal Fuente no regulada ni estabilizada Fuente regulada y estabilizada FICHA DE CONEXIÓN CON LA RED ELÉCTRICA TRANSFORMADOR RECTIFICADOR FILTRO REGULADOR CARGA FUSIBLE INDICADOR DE ENCENDIDO INDICADOR DE NIVEL DE TENSION DE SALIDA
Fuente de tensión básica Convertidor de corriente alterna en continua: Una fuente de alimentación simple consiste en transformador, un rectificador y un filtro, conectado a la red de distribución eléctrica domiciliaria. El siguiente esquema ilustra el circuito típico: Explicar las ventajas y desventajas entre ambos!
Funcionamiento del rectificador i i
Tensiones en el rectificador y la carga Caída de tensión en los diodos Tensión sobre la carga Tensión sobre el secundario del transformador Intervalo de no conducción de los diodos
El filtrado se logra con el agregado de un capacitor Con éste circuito se obtiene una tensión media de 7,5V en la carga a partir de una tensión nominal de línea de 220V 50Hz, con una tensión en el bobinado secundario del transformador de 10V pico
Tensiones y corrientes en el rectificador, filtro y carga Corriente en D1 Tensión de salida Tensión en transformador 22A Tensión media sobre la carga = 7,5V 7,5A 8V 7V Corriente media en la carga = 1,5A Tensión en D1-8,5V 0,75V
Tensión de salida con 240V de entrada y carga al 1% 9,8V
Tensión de salida con 220V de entrada y carga al 50% 7,9V
Tensión de salida con 200V de entrada y carga al 100% 6,3V
Factor de Rizado: Luego de comprender el funcionamiento del circuito, definimos: Factor de rizado (en adelante ripple): F = El cálculo del factor de ripple se realiza en forma aproximada asumiendo: Resistencia interna del transformador muy baja Tiempo de carga del capacitor despreciable Resistencia de carga constante El capacitor se descarga linealmente sobre la resistencia de carga durante un semiperiodo del ciclo de la tensión de entrada La forma de onda del ripple se puede aproximar a una triangular r V V ca cd
V SALIDA V cd V rpp T / 2 0 t
T / 2 V rpp La tensión de salida media es La tensión eficaz de ripple es El factor de ripple resulta F V r V cd ca = aplicando se obtiene v C = 1 T C / 2 0 idt 1 V T V rpp = = C R 2 2 para la descarga de C V frc V rpp V 1 = V = V = V 1 2 4 frc 4 frc = V V ca cd V 2 rpp = 3 = 3 4 V 3 frc 1 ( 4 frc 1) Lo que permite estimar el valor de C como C 1 1 = + 1 4 fr 3F r
Ejemplo Se midió en una fuente real los siguientes valores: Tensión de salida del transformador = 18 V Tensión media sobre la carga = 22 V Tensión eficaz de ripple = 0,7 V C = 100 µf R = 800 Ω Resultando un factor de ripple medido de: F r = V V ca cd = 0,7V 22V = 0,032 Con los datos se utiliza la fórmula aproximada resultando: F r = 3 1 ( 4 frc 1) = 0,038
El regulador serie elemental El regulador serie es un amplificador con realimentación serie paralelo a 1 R +R V = V V = V +V ( ) 11 10 SAL ENT ENT REF BE2 1+ af f R10 RR SSSSSS rr OO (RR 10 +RR 11 ) RR CC 1 + aaaa r O af La tensión sobre la carga se regula por comparación con VREF
Para evaluar el grado de estabilización de la tensión de salida debemos evaluar la Ganancia de Lazo af a af f
Se puede calcular o medir con el siguiente esquema: a V SAL a f = V v SAL PRUEBA f v PRUEBA
Redibujamos el circuito para realizar un análisis por realimentación V SAL
Análisis por realimentación + V SAL Realimentador V F = f V SAL f = R10 R10 + R11
Idealizando el realimentador + V SAL f V F = f V SAL f = R10 R10 + R11
Calculando la ganancia de lazo a + f vv vv oo vv ff vv ff = ffff aa = vv oo vv ff a f = vo v Abrimos el lazo para insertar un generador de prueba v
a a f >> 1 A 1 f = R + R R 11 10 10 = R + R ( V V ) 11 10 V SAL A VENT REF + R 10 BE2
Regulación de carga El regulador logrará mantener la tensión de salida con una variación acotada en función de la variación de la corriente en la carga V SAL R T V I SAL SAL V T TENSIÓN DE THÉVENIN R T RESISTENCIA DE THÉVENIN V SAL EQUIVALENTE THÉVENIN ΔV SAL 0 t I SAL ΔI SAL 0 t
Calculemos un circuito típico
Regulación de carga El regulador procurará mantener la tensión de salida con una variación acotada en función de la variación de la resistencia de carga V1 = 7V
Regulación de carga El regulador logrará mantener la tensión de salida con una variación acotada en función de la variación de la resistencia de carga V1 = 12V
Regulación de carga El regulador logrará mantener la tensión de salida con una variación acotada en función de la variación de la resistencia de carga V1 = 30V
Regulación de línea El regulador logrará mantener la tensión de salida con una variación acotada en función de la variación de la tensión de entrada RC = 100Ω
El regulador serie elemental Mejoramos la polarización de Q2
Regulación de carga El regulador logrará mantener la tensión de salida con una variación muy acotada en función de la variación de la resistencia de carga V1 = 7V
Regulación de carga El regulador logrará mantener la tensión de salida con una variación muy acotada en función de la variación de la resistencia de carga V1 = 12V
Regulación de carga El regulador logrará mantener la tensión de salida con una variación muy acotada en función de la variación de la resistencia de carga V1 = 30V
Regulación de línea El regulador logrará mantener la tensión de salida con una variación muy acotada en función de la variación de la tensión de entrada RC = 100Ω
El regulador serie diferencial Modificando el circuito de entrada se obtiene mejor rechazo de modo común V R + R 11 10 SAL V REF R 10
El regulador serie diferencial con fuentes de corriente y darlington de salida V R + R 11 10 SAL V REF R 10
EJEMPLO NUMÉRICO
Regulación de carga
Regulación de línea
El regulador serie diferencial con fuentes de corriente, darlington de salida y V REF variable V R + R = 11 10 2 SAL V REF R 10 R1 + R2 R
El regulador serie diferencial con fuentes de corriente, darlington de salida, V REF variable y protección por limitación de corriente V BE 4 I MAX = + R3 I POL1 I SAL V SAL
Limitador de corriente IC V SAL + R S I C V SAL V SAL C E I MAX V SAL MAX B I SAL I MAX I POL I = MAX V BE4ON R LIM (En esta condición T2 queda al corte)
EJEMPLO NUMÉRICO
Limitación de corriente
Limitador de corriente por foldback IC V SAL + R S I SAL V SAL V SAL C E I SAL V SAL MAX B I SAL I CC I MAX I POL I CC V R 1 + BE4ON = 1 RS R2 y I = I + MAX CC R R 1 2 V SAL MAX R S (En esta condición T2 queda al corte)
A partir de: = (notar que V R1 varía con V SAL ) V BE V RS V R1 VBE V BEON Resolviendo la malla de polarización de T4 se tiene: V BE = R S Desarrollando: I SAL I = SAL ( V + R I ) SAL ( R + R ) 1 2 VBE R R S 2 S + SAL R V En caso de cortocircuito V SAL = 0 ; I SAL = I CC y V BE = V BE ON : I CC V 1 + R BEON = 1 RS R2 1 R SAL 1 R + 1 R 2 VBE V BEON VBE V BEON Cuando se llega a V BE = V BE ON con V SAL = V SAL MAX resulta I SAL = I MAX : I MAX = ( R + R ) 1 2 V BEON R S R + 2 R V 1 SAL MAX (al liberar el cortocircuito se normaliza) NOTA: V BE ON = 0,7V típico o tomar de gráfica I C V BE para I C =I POL
EJEMPLO NUMÉRICO
Limitación de corriente por FoldBack
Regulador de tensión integrado de precisión LM723 o TDB0723 Característcas principales Reúne todas las partes vitales de un regulador de tensión Permite diseñar fuentes de tensión desde 2 a 37 V Se puede programar el limitador de corriente Tensión de entrada máxima de 40 V Corriente máxima de salida de 150 ma
Regulador de tensión integrado de precisión TDB0723
Diagrama en bloques del regulador 723
Conexionado para tensión de salida VREF
Conexionado para tensión de salida VREF
Conexionado para tensión de salida de 2 a 37 V
Características eléctricas del 723
Fuente de corriente de precisión
Fuente de corriente de precisión GENERADOR AMPLIFICADOR REALIMENTADOR CARGA
Análisis por realimentación GENERADOR AMPLIFICADOR CARGA VV II VV OO = AA VV VV II I SAL A V = 25000 REALIMENTADOR V F = f I SAL VF = R7I SAL f = R 7
Análisis por realimentación GENERADOR AMPLIFICADOR MODIFICADO CARGA VV II VV OO = 25000 VV II I SAL REALIMENTADOR IDEALIZADO 1 1 I SAL V1 = V1 = f R 7 10 Ω V 1 Z SAL =?
Temas para investigar 1 Reguladores Low Dropout 2 Reguladores paralelos