fuente regulada

Ríos. Práctica de laboratorio #2-Grupo 3.

-Resumen: En la práctica se obtendrá de una fuente AC una fuente DC con el uso de un transformador, rectificador, filtro y regulador, para lo cual es importante el conocimiento de cada etapa, además se utilizaran los diodos zener para generar una onda cuadrada.

-Palabras claves: Rectificador, Diodo, Zener, Riso.

I. INTRODUCCIÓN:Un fuente regulada es un dispositivo que parte de una combinación de elementos electrónicos, diseñado para garantizar que el voltaje de salida de una fuente sea constante. Para entender el diseño y operación de estos dispositivos es importante conocer las características de funcionamiento del diodo zener y sus propiedades como regulador, así como las diferentes etapas de una fuente regulada.

II. OBJETIVOS:

Generales: Entender el funcionamiento del diodo zener

y su aplicación como regulador. Comprender el funcionamiento de los

rectificadores para regular el voltaje de salida de una fuente.

Específicos: Construir las distintas etapas de una fuente

regulada: Rectificador onda positiva, filtro capacitivo usando condensadores, y regulador o estabilizador usando diodos Zener.

Observar los efectos de las configuraciones anteriores en el osciloscopio.

III. MATERIALES:

Diodo 4004 Diodo Zener 3.3 V a ½ W Capacitores Resistencias de 2kΩ Fuente AC Osciloscopio Multímetro Digital

IV. MARCO TEÓRICO:

Fuente regulada:

Ilustración 1: Etapas de una fuente regulada

Muchos de los componentes electrónicos utilizados actualmente requieren niveles de voltaje constantes para funcionar, para lo cual es útil la implementación de una fuente regulada. Estos dispositivos procesan la señal de entrada a través de varias etapas, que normalmente son 4: transformador, rectificador, filtro y regulador.

Transformador: Se obtiene la señal de entrada de la red AC, normalmente 120v a 60hz.

Circuito Rectificador: Una de las aplicaciones más importantes de los diodos, es el diseño de los circuitos rectificadores.

Informe # 2:Fuente Regulada: Rectificador, filtro, Regulador.

Ríos Gómez, Yann Nicolas. Grupo [email protected]

Universidad Nacional de Colombia

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Un diodo rectificador es esencial en las fuentes de alimentación CD necesarias para alimentar equipos electrónicos. Normalmente la fuente de alimentación se conecta a una línea de 120Vrms a 60Hz de la red CA, y este entrega un voltaje V0 de CD a Una carga. V0 de CD debe de ser tan constante como sea posible para evitar cambios en el voltaje que puedan afectar a la carga.

El primer bloque de una fuente de alimentación de CD es el transformador, que consta de dos devanados separados alrededor de un núcleo de hierro que los acopla magnéticamente. El devanado primario con N1 vueltas, está conectado a la red de 120 V de CA y el devanado secundario con N2 vueltas se conecta al circuito de la fuente de alimentación de CD. Entonces, se forma un voltaje de CA Vs=120*(N2/ N1) [Vrms] entre los dos terminales del devanado secundario. Al seleccionar una razón apropiada de vueltas (N2/ N1) para el transformador, se puede reducir el voltaje de línea al valor necesario para obtener una salida específica de voltaje CD de la fuente.

Filtro Capacitivo: El filtro capacitivo más sencillo consiste en un capacitor conectado en paralelo a la carga, con lo que se obtendrá un voltaje de rizado que fluctúa entre dos niveles de voltaje constantes.

Regulador: Es la última etapa de la fuente regulada, y nos garantiza un voltaje constante determinado por el funcionamiento del diodo zener.

Diodo Zener:

Ilustración 2: Representación Diodo ZenerEs un diodo que tiene un voltaje de avalancha menor de 100v. Aunque puede funcionar como rectificador la mayoría de aplicaciones se basan en hacerlo funcionar en la zona de avalancha, en la cual el diodo conduce y mantiene un voltaje entre sus terminales que corresponde al voltaje Zener (Vz). La máxima corriente que puede conducir es:

Ecuación 1: Corriente máxima

Un voltaje regulado mantiene su valor constante aunque el consumo de corriente cambie constantemente. Una de las muchas formas de regular un voltaje es con un diodo Zener:

Ilustración 3: Regulación con diodo Zener

La condición para el funcionamiento

Correcto de esta aplicación es que VF en ningún momento sea menor a VZ. El voltaje regulado sobre el circuito es VZ.

El cálculo del circuito entonces consiste en hallar un valor adecuado para R, partiendo del valor de VF, se selecciona una corriente Iz para el Zener menor que su corriente máxima, se calcula o mide la corriente Ic que consume el circuito cuando se le aplica VZ, y se calcula:

Ecuación 2: Cálculo de R

V. RESULTADOS:

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Ilustración 4: Circuito Rectificador media onda

Ilustración 5: Circuito Rectificador con filtro capacitivo

Ilustración 6: Rectificador con filtro y regulador.

Ilustración 7: Rectificador onda cuadrada

VI. ANALISIS DE RESULTADOS:

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Rectificador de media onda:Durante el semiciclo positivo, el diodo D1 se encuentra polarizado en directo por los terminales del transformador, mientras que el diodo D2, está en inverso, el paso de corriente se da en la dirección de D1, habiendo una caída de voltaje positiva, para la resistencia de control R1, y en la salida se observa el mismo voltaje de entrada que para este caso fue de 9vp.

Cuando empieza el semiciclo negativo el diodo D1 ahora se encuentra polarizado en inverso, causando un circuito abierto en este sentido, y el diodo D2, permite el paso de corriente al estar polarizado en directo por los terminales del transformador. El paso de corriente que ahora se da por D2, causa una caída de potencial positiva en las terminales de la resistencia de control, por lo que a pesar de observarse una señal negativa en la entrada, se observara positiva en la salida, tomando el mismo valor absoluto.

Rectificador con filtro capacitivo:La señal pulsante obtenida después del rectificador de media onda no es una señal DC pura, por lo que se añade un filtro, que comúnmente es un condensador paralelo a la carga.

Ilustración 8: Carga y descarga del condensadorInicialmente el condensador es un corto circuito y se carga hasta el valor Vmax, que para este caso fue 9.4 V, se carga con la misma fase que el transformador, debido a que el diodo se puede considerar como ideal. Cuando el condensador llega a su carga máxima, los dos Diodos quedaran polarizados en inverso debido a la diferencia de potencial de este, y a partir de este momento el voltaje observado en la salida empieza a disminuir, puesto que el condensador empieza a descargarse, este proceso continuara hasta T1 (ilustración 8), momento en el cual el condensador empezara a cargarse de nuevo debido a que

nuevamente se encontrara polarizado en directo el diodo D1, obteniéndose un voltaje de rizado correspondiente a Vmax-Vmin, que para este caso fue de aproximadamente 2.3 V, por lo que en la salida podemos asegurar un voltaje que varía entre +9.4 y +8.1 V.

Rectificador con filtro y regulador:Con la adición de un filtro capacitivo, se aseguró que la salida de voltaje varíe entre un valor más o menos constante y este siempre sea positivo, sin embargo aún no se obtiene un voltaje DC, para lo cual se hace uso de la propiedad del diodo zener de servir como fuente de voltaje constante cuando se encuentra polarizado en directo.

Debido a que el voltaje de carga y descarga del condensador siempre va a ser positivo, y este a su vez siempre será mayor en valor absoluto al voltaje zener, los diodos zener se encontrarán polarizados en inverso durante ambos semiciclos, y el voltaje entre sus terminales va a ser el voltaje zener 3.3 V en este caso, con lo cual, el voltaje de salida corresponde a la suma de los voltajes zener en serie, Que para este caso fue aproximadamente +7V.

Rectificador de onda cuadrada:Al colocar dos diodos zener en anti serie, y en paralelo con el transformador, obtenemos una onda cuadrada, con un voltaje positivo y negativo constante que depende del voltaje zener, el cual en este caso fue de 3.6V en ambos diodos, durante el semiciclo positivo el D1, se encontrara en cortocircuito polarizado en directo, mientras que el D2 no conduce. Mientras el voltaje de entrada sea menor al voltaje zener de D2, se observara en la salida el mismo voltaje de entrada, sin embargo al superar el voltaje zener de este diodo, el voltaje de salida corresponderá al V. zener, para este caso +3.6 V, que será constante mientras el voltaje de entrada sea mayor al V. zener. Cuando el voltaje de entrada sea menor al voltaje zener del D2 de nuevo, y durante el estado transitorio pasando al semiciclo negativo se observara en la salida el mismo voltaje de entrada.

Cuando la señal de entrada es negativa D1 se polariza en inverso, y D2 permite el paso de corriente, se observara en la salida la misma señal de entrada, mientras la señal sea menor en valor absoluto al voltaje zener D1, cuando la señal de entrada sea mayor en valor absoluto al voltaje zener D1, se observara en la salida este voltaje, el

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cual por la polarización del diodo será negativo y para este caso fue de -3.6V.

VII. CONCLUSIONES:Con la construcción de una fuente regulada se pueden obtener valores constantes de voltaje para alimentar un circuito electrónico.

VIII. REFERENCIAS:

[1] Hayt, W. & Emmerly, J. & Durbin, S. (2012|). Análisis de circuitos en ingeniería. México: McGraw Hill.[2] ROBERT L’BOYLESTAD LOUS NASHELSKY Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos.

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