REGULADORES DE TENSIONINTEGRANTES:

-PORTUGUEZ TAPIA ALEJANDRO DIONICIO- MIRANDA QUEZADA CARLOS ENRIQUE

REGULADOR DE ESTE TIPO SON

:

1. La tensin entre los terminales Vout y GND es de un valor fijo, no variable, que depender del modelo de regulador que se utilice. 2. La corriente que entra o sale por el terminal GND es prcticamente nula y no se tiene en cuenta para analizar el circuito de forma aproximada. Funciona simplemente como referencia para el regulador. 3. La tensin de entrada Vin deber ser siempre unos 2 o 3 V superior a la de Vout para asegurarnos el correcto funcionamiento.

LINEALES: REGULADOR EN SERIE Esta configuracin suele utilizarse cuando la carga es grande.

REGULADOR EN PARALELO Esta configuracin suele utilizarse cuando la carga es pequea. El circuito est auto protegido frente a cortocircuitos. En la figura vemos el diagrama de bloques de un regulador en serie.

DIFERENCIAS ESENCIALES

El regulador paralelo impide que las variaciones de la

corriente de carga aparezcan en la fuente aislndose la carga de la fuente, que es bueno para frecuencias elevadas. La energa disipada, en forma de calor, en el regulador serie aumenta en proporcin directa con la carga, mientras que en el regulador paralelo disminuye al aumentarla. El regulador paralelo tiene un elemento ms, R, que evita la rotura del regulador si falta la carga. R tambin disipa calor para una entrada, una salida determinada y una carga idntica, la potencia entregada por la fuente 1 de un regulador paralelo es mayor que la entregada por un regulador en serie. El regulador paralelo tiene un rendimiento inferior al regulador en serie.

FUENTES REGULADAS DE TENSIN REGULADOR DE TENSIN SERIE: Por Seguidor De

Emisor. Una fuente con una regulacin deficiente tiene una impedancia interna alta. Solucin: usar un seguidor de emisor transformando la impedancia interna de alta a baja. Este tipo de reguladores son los ms usados.

REGULADOR DE TENSIN PARALELO: Con

Derivacin Est constituido por un circuito de estabilizacin por diodo Zener y un transistor que observe los cambios de corriente necesarios para compensar las variaciones de la V de salida. Ventaja: constituye una proteccin contra cortacircuitos. Inconveniente: puede malgastarse mucha potencia en comparacin con el seguidor de emisor.

EJEMPLO:

Vz Vbe Vo 0 Vo Vz Vbe Vo 12v 0.7v 11.3v Vi Vce Vo 0 Vce 20v 11.3v 8.7v Ir Vi Vz 8v 36.4mA 220 220

ParmRl 1K Vo 11.3 IL 11.3mA RL 1 Ie 11.3 Ib 22mA B 1 5 Iz Ir Io 36.4 22 36.16mA

REGULADOR SERIE COMPLETO

Diagrama de bloques

En la figura se muestra el montaje de un regulador

serie.

ELEMENTOS DEL REGULADOR EN SERIE Una fuente de tensin regulada usa, normalmente, un

circuito automtico de control que detecta las variaciones de la tensin de salida y los corrige automticamente. Los elementos de un sistema de control son: 1.- Elemento de referencia 2.- Elemento de muestra 3.- Elemento comparador 4.- Amplificacin de la seal de error. 5.- Elemento de Control.

ELEMENTO DE REFERENCIA Da una tensin de referencia lo ms estable posible, bajo un

amplio margen de corriente de funcionamiento. Generalmente est constituido por un diodo Zener y su resistencia de polarizacin. Se suele conectar a la salida, aunque puede hacerse a la alimentacin de entrada.

De la figura obtenemos que:

Por tanto, VZ vara poco con respecto a VS

ELEMENTO DE MUESTRA

Da una seal proporcional a la de la salida. Suele ser un divisor de tensin resistivo, con un

pequeo ajuste, situado a la salida de la fuente

Los valores de R1, R2, P deben ser >> RL para evitar una posible fuga de corriente.

ELEMENTO COMPARADOR Analiza en cada instante la seal proveniente del elemento

de muestra con la fija de referencia de forma que intenta equilibrar las variaciones producidas a la salida. Generalmente deber ser un transistor o un amplificador operacional. Existen 2 circuitos tpicos para tensin de salida alta o baja.COMPARADOR CON AMPLIFICADOR DIFERENCIAL Para VS alta

AMPLIFICADOR DE LA SEAL DE ERROR Est formado por un amplificador de acoplo directo, en

muchos casos constituidos por un solo transistor .Este elemento amplifica las variaciones producidas en el comparador y las eleva a un nivel tal que puedan excitar al bloque de control.

ELEMENTO DE CONTROL Su misin es la de controlar las variaciones de la tensin de

salida, aumentando o disminuyendo su cada de tensin colector-emisor, as como la de permitir la circulacin de la corriente necesaria a la salida. Su diseo puede ser una conexin Darlington con una resistencia R que se comporta como una fuente de corriente constante (I) denominada Pre regulador. Una mejor solucin es usar un transistor con salida por colector como muestra la figura de la derecha.

Contienen una referencia de tensin, un amplificador-comparador de error, dispositivos de control y circuitera de proteccin, todo ello en un simple circuito monoltico. Proporcionan una tensin de salida fija positiva (reguladores de tensin positivos), fija negativa (reguladores de tensin negativos) o ajustable a travs de potencimetros.

1.- Reguladores de tensin fija triterminal Los reguladores de tensin tpicos de tres terminales tienen un

terminal para la entrada no regulada (IN), la salida regulada (OUT) y tierra (COMMON) y estn ajustados para proporcionar una tensin de salida constante tal como +5V o +15 o 15V. Dentro de esta categora se encuentra la serie A78XX (positivos) o A79XX (negativos) de Fairchild. Los dos ltimos dgitos indicados por XX indican la tensin de salida y pueden ser 05, 06, 08, 12, 15, 18 y 24V. Las versiones de baja potencia son accesibles en encapsulados de plstico y las demayor potencia en encapsulados tipo TO-03 y TO-220 metlicos con corrientes de salida superiores a 1 A. Otros ejemplos de reguladores son el LM340 y LM320 de National Semiconductor, serie MC79XX de Motorola y elLT1003 de Linear Technology, ste ltimo proporciona 5V y 5A de salida.

2.- Reguladores de tensin ajustable tri-terminal Los reguladores ajustables de tres terminales permiten ajustar la tensin de salida a partir de resistencias externas conectadas al terminal denominado ADJUSTMENT o ADJ. Uno de los ms populares

productos de este tipo es el LM317 (positivo) y LM337 (negativo) de National Semiconductor capaces de proporcionar hasta 1.5 A de corriente de salida. Otros ejemplos de reguladores de tensin ajustables triterminal son: LM338 de National Semiconductor cuya corriente de salida alcanza los 5 A, LT1038 de Linear Technology y LM396 de 10 A de National Semiconductor.

En la figura 11.10 se presenta una aplicacin tpica del LM317. El LM317 posee internamente una referencia de tensin tipo bangap que proporciona una VREF=1.25 V (typ) entre los terminales OUT y ADJ y est polarizado por una fuente de corriente estable de IADJ= 65A (typ). Analizando este circuito fcilmente se comprueba que

Una buena aproximacin es considerar que la corriente IADJ (65A) es muy inferior a las corrientes (mA) que circulan por las resistencias R1 y R2. Luego, la ecuacin se transforma en:

Variando R2, Vo puede ser ajustado a cualquier valor dentro del rango

1.25VVo30V.

3.- Especificaciones de los reguladores de tensin Regulacin de lnea (line regulation). La regulacin de

lnea es una medida de la capacidad del circuito para mantener la tensin de salida bajo condiciones de variacin de la entrada. En el caso de reguladores de tensin, la entrada se obtiene generalmente a partir de la seal de la red y tiene un rizado significativo. Si la tensin de entrada de baja calidad es Vi y la tensin de salida estabilizada es Vo, la regulacin de lnea (Regline) se define como:

Regulacin de carga (load regulation). La regulacin de

carga es una medida de la capacidad del circuito para mantener la tensin de salida aunque cambie la corriente IL absorbida por la carga. Si el circuito fuera una fuente de tensin ideal, su salida debera ser independiente de IL. Por tanto, la regulacin de la carga est directamente relacionada con la resistencia de salida equivalente del circuito. La regulacin de carga (Regload) se define como:

Tensin de referencia (reference voltage). Tensin de referencia del regulador utilizada para ajustar latensin de salida. Corriente de ajuste (ajustment pin current). Corriente de salida por el terminal ADJUSTMENT. Corriente de salida mnima (miminum output current). Corriente mnima de salida por el terminal OUT. Esta corriente debe ser asegurada para el correcto funcionamiento del regulador de tensin. Corriente de salida mxima (current limit). Mxima corriente de salida que puede proporcionar el regulador antes que se active el circuito de proteccin. Tensin Dropout (dropout voltage). El voltaje de dropout es la mnima diferencia de tensin entre la entrada y la salida dentro de la cual el circuito es todava capaz de regular la salida dentro de las especificaciones. As, por ejemplo, para IL=1A, el A7805 tiene un voltaje de dropout de 2V (typ), 2.5V (max). Esto significa que para una salida garantizada de 5V, Vi debe ser mayor que 7.5V. Los siguientes reguladores tienen un dropout de 0.6V: L487 y L4700 (SGS), LM2931 y LM2935 (National Semiconductor) y LT1020 (Linear Technology). Tensin mxima diferencial entrada-salida (Input-Output Voltage Differential). Los reguladores de tensin tienen limitado el mximo de tensiones de entrada y salida con que pueden operar. Por ejemplo, el LM117 tiene una tensin diferencial entrada-salida (Input-Output Voltage Differential) mxima Vi-Vo=40V. Esto significa que si Vo=1.25 V, la tensin de entrada Vi no debe superar los 41.25 V.

4.- Reguladores de conmutacin y convertidores DC-DC En los reguladores de conmutacin, el elemento regulador es un

transistor que est constantemente conmutando entre corte y saturacin. En estas regiones de operacin, el transistor disipa muy poca potencia (tpicamente menos de 1mW en corte y menos de 1W en saturacin). Debido a este modo de operacin, losreguladores de conmutacin son bastante eficientes (a menudo alcanzan el 80% de eficiencia), especialmente cuando las diferencias entre la entrada y la salida son altas. Los principales problemas que tienen las fuentes conmutadas son el ruido de conmutacin presente en la salida y el costo.

Hay dos configuraciones bsicas para los reguladores de conmutacin: 1) Stepdown o "bucking" (tensin de salida menor que la entrada). Un ejemplo tpico es el MAX638 de Maxim que permite obtener una tensin de salida fija de +5V o una tensin positiva ajustable mediante un divisor de tensin externo. Tiene oscilador que funciona a la frecuencia (constante) de 65kHz y el amplificador de error controla, de acuerdo con la tensin de salida, la aplicacin o no de la salida del oscilador al MOS de control. Con este circuito

se consigue un 85% de eficiencia, independiente de la tensin de entrada. 2) Stepup o "boosting" (tensin de salida mayor que la entrada); reguladores de inversin. La nica ventaja de los reguladores stepdown respecto a los lineales es su alta eficiencia. Sin embargo, los reguladores stepup s que ofrecen una ventaja adicional cuando se necesita una tensin de salida mayor que la entrada no regulada. Los reguladores de conmutacin de baja potencia pueden generar las tensiones de alimentacin de 15V de una amplificador operacional a partir de la batera de +12V de un coche, lo que resultara imposible con reguladores lineales. Ejemplos tpicos es el regulador stepup MAX633 y el inversor MAX637 de Maxim.

Hay otro tipo de convertidores DC-DC que se denominan

convertidores de tensin "flying capacitor" o "charge pump". La idea en que se basan es usar conmutadores MOS para cargar un condensador a partir de la entrada de continua y despus cambiar los conmutadores para onectar el condensador ahora cargado en serie con otro (stepup) o con polaridad cambiada a la salida (inversor). La ventaja de los convertidores de tensin flyingcapacitor es que no utilizan autoinducciones, pero tienen como inconvenientes su baja potencia, pobre regulacin y tensin limitada. Un ejemplo de convertidor de tensin flying capacitor es el MAX680 (figura 11.12) de Maxim, que genera una salida doble de 10V y hasta 10mA a partir de +5V de entrada. El LT1026 es un convertidos similar pero utiliza condensadores de 1F y la resistencia de salida es de 100.

5-Eleccin del tipo de fuente de alimentacin Para sistemas digitales, en los que generalmente senecesitan +5V y alta corriente (10A o ms), se aconseja utilizar linepowered switching supplies. Para circuitos analgicos con seales de bajo nivel (amplificadores de pequea seal, seales menores de 100V, ...), en general, lo mejor es utilizar reguladores lineales, puesto que los de conmutacin son muy ruidosos. Para cualquier aplicacin de alta potencia, lo mejor es utilizar linepowered switching supplies, puesto que son ms pequeas, ms ligeras y ms eficientes. Para aplicaciones de alto voltaje y baja potencia (tubos fotomultiplicadores, intensificadores de imgenes), lo ms adecuado es utilizar un convertidor stepup de baja potencia.

BIBLIOGRAFIA http://paginas.fisica.uson.mx/horacio.munguia/aula_

virtual/Cursos/Instrumentacion%20II/Documentos/R egulacion%20voltaje.pdf Microelectronica Sedra Smith 5Th Edicion