FUENTES REGULADAS DC LINEALES

Son circuitos electrónicos que sirven para proveer de alimentación de voltaje

DC regulado y estable a diferentes circuitos electrónicos.

Partes de una fuente regulada:

Rectificación y Filtrado120V AC

Transformasióndel voltaje de línea al usadoPor la fuente

V salidaCto de regulaciónCto de protecciónde sobrecorriente

(1) (2) (3)

F U S E

1) Acondicionamiento del voltaje de línea a un voltaje menor 2) Circuito rectificador y de filtrado del voltaje AC a DC3) Circuito de regulación y protección de sobrecorriente de la fuente.

Regulación de voltaje:Hay dos tipos de regulación de voltaje a) de la línea y b) de la carga.a) De la línea: Se define como el cambio del voltaje de entrada AC (línea) para el cual

el regulador de voltaje debe mantener un voltaje de salida constante.Se define también como el cambio porcentual en el voltaje de salida para un cambio

dado en el voltaje de entrada (línea).Se puede expresar aplicando la siguiente fórmula. (∆ significa “cambio en”).

Regulación de línea = (∆Vsal/Vsal(100%))/∆Vent

Ejemplo: Cuando la entrad de un regulador decrece en 5V, la salida decrece en 0,25V. La salida normal es 15V. Cuál es la regulación de línea en porcentaje?

Solución: Rlínea = (∆Vsal/Vsal)100%/∆Vent = (0,25v/15v)100%/5v = 0,333%v

b) De la carga: Cuando la cantidad de corriente a través de una carga cambia, por variación de la resistencia de carga, el regulador debe mantener un voltaje de salida aproximadamente constante en la carga.Se define como: el cambio porcentual en el voltaje de salida para un cambio dado en la corriente de cara, y puede expresarse como el cambio porcentual en el voltaje de salida desde un estado sin carga (SC) hasta el de carga completa (CC) como sigue:

Regulación de carga = (VSC-VCC)100%/VCC

Ejemplo: Un regulador de voltaje tiene una salida de 12V cuando no hay carga (IL = 0). Cuando hay una corriente de carga completa de 10 mA, el voltaje de salida es de 11,95V. Cuál será el porcentaje de regulación?

VSC = 12V VCC = 11,95V

Rcarga = (12v-11,95)100%/ 11,95 = 0.418% o 0,418%/10mA = 0,0418%/mA

REGULADORES DC LÍNEALES

Clases: Dentro de los reguladores DC lineales hay dos clases normalmente usados, a) tipo serie y b) tipo paralelo.

Regulador Serie Básico: En la figura 2 se observa un regulador de voltaje DC lineal serie básico en bloques.

<

Elemento de c ontro l

<

<

V s al

<

Fig. 2

V olta je deref erenc ia

Detec tor de error

Circ uito demues treo

V ent

<

Se llama regulador en serie pues el elemento de control se encuentra en serie con la carga, entre la entrada y la salida.El circuito de muestreo en la salida detecta los cambios en el voltaje de salida.

El detector de errores compara el voltaje de muestreo con un voltaje de referencia y hace que el elemento de control compense el cambio a fin de mantener un voltaje de salida constante.

Acción de regulación: En la figura 3 se muestra un circuito regulador serie básico con amplificador operacional. El divisor de voltaje resistivo formado

Por R2 y R3 detecta cualquier cambio en el voltaje de salida.

Fig. 3

V ent V s alQ1

+

-

3

26

74

12

Elemento de Contro l

V ref1

2 3

R1

D1

Detec tor de er ror

R2

R3

Cto de mues treo

Cuando la salida intenta disminuir el voltaje, debido a un descenso en el Vent o a un incremento en IL, a la entrada inversora del amplificador operacional se aplica un decremento proporcional del voltaje de salida mediante el divisor de voltaje. Como el diodo zener mantiene la otra entrada (la no inversora) del amplificador operacional en un voltaje de referencia.

Aproximadamente fijo Vref. Entonces a través de las entradas del amplificador operacional se desarrolla un voltaje diferencial pequeño (voltaje de error). Este voltaje diferencial se amplifica y el voltaje de salida del amplificador operacional se incrementa. Este incremento se aplica a la base de Q1, originando que el voltaje del emisor Vsal aumente hasta que el voltaje de la entrada inversora se iguale al voltaje de referencia (zener) nuevamente.Esta acción, opuesta, ocurre cuando la salida trata de incrementarse, el

Amplificador operacional en el regulador serie se encuentra conectado como un amplificador no inversor, en donde el voltaje de referencia Vref es la entrada a la terminal no inversora, y el divisor de voltaje R2/R3 forma la red de realimentación negativa. La ganancia en lazo cerrado es:

Avlc = 1+R2/R3

Por lo tanto, el voltaje de la salida regulado (despreciando el voltaje base-emisor de Q1) es:

Vsal ≈ [1+R2/R3]Vref

Con base en el análisis es posible ver el voltaje de salida es determinado por el zener y las resistencias R2 y R3 y que es relativamente independiente del voltaje de la entrada, logrando así la regulación.

Regulador Paralelo Básico: En este segundo tipo de reguladores de voltaje lineales. Como se ve en la figura 4 del dibujo en bloques, del regulador paralelo básico, con sus principales circuitos.

Elemento de Contro l

V olta je deref erenc ia

Rs V s al

Detec tor de error

Fig.4

Cto de mues treo

V ent En el regulador paralelo básico, el elemento de control es un transistor Q1 en paralelo con la carga, como se ve en la figura 5.Una resistencia Rs, está en serie con la carga. La operación del circuito es semejante a la del

regulador serie, excepto que la regulación se efectúa controlando la corriente a través del transistor en paralelo Q1.

Acción de regulación: Cuando el voltaje de salida intenta decrecer debido a un cambio en el voltaje de entrada o en la corriente de carga, el descenso detectado por el divisor R3 y R4, se aplica a la entrada no inversora del amplificador operacional. El volteje diferencial resultante de la comparación con el voltaje de referencia, reduce la salida del amplificador operacional, excitando menos la base de Q1, reduciendo así su corriente de colector (corriente de derivación) e incrementando su resistencia efectiva colector-emisor, rce. Dado que rce actúa como un divisor de voltaje con Rs, esta acción compensa el descenso intentado en Vsal y mantiene un nivel casi constante.

RL

Q1

Fig. 5

R4

V ent

V ref

Detec torde error

R3

Rs1

2

D1 +

-

3

26

74R2

1

23

Cto de mues treo

Elementode c ontro l

V s al La reacción opuesta ocurre cuando la salida intente aumentar.Con la IL y Vsal constantes, un cambio en el voltaje de entrada produce un cambio en la corriente de derivación (IS),

∆IS = ∆Vent/RS

Con Vent y Vsal constantes, un cambio en la corriente de carga origina un cambio opuesto en la corriente de derivación.

∆IS = -∆IL

Esta fórmula establece que si IL crece, entonces IS decrece y viceversa. El regulador paralelo se usa menos que el serie, pero ofrece una protección inherente contra corto circuito. Si la salida se pone en corto (Vsal =0), entonces la corriente de carga es limitada por la resistencia serie RS a un valor máximo (IS = 0).

Ejemplo:En el peor de los casos de disipación de potencia en RS ocurre cuando la salida se pone en cortocircuito. Vsal = 0v, y cuando Vent = 12,5v, la caída de voltaje a través de RS es Vent – Vsal = 12,5v, la disipación de potencia en RS es: si RS = 22Ω

PRs = (VRs)2/RS = (12,5v)2/22Ω = 7,1 W

Por consiguiente, es necesario usar una resistencia por lo menos de 15W, para que esta no sufra daños y la disipación de calor no la afecte.