LABORATORIO DE ELECTRONICA II

1

Reguladores De Voltaje Lineales (Abril de 2011)Andrs Leonardo Araque, Oscar Felipe Prez, Luis Alfonso Patarroyo

Transformador IV. ANLISIS Y RESULTADOS

ResumenEn este laboratorio se realiza el diseo y posterior implementacin de dos reguladores de voltaje lineales usando transistores y diodos zener bajo ciertos parmetros de diseo

ndice de TrminosReguladores, potencia disipada, Carga y Porcentaje de Regulacin.

Se nos pide disear un circuito que nos regule el voltaje sobre la carga a con una corriente en la carga de , el modelo del circuito que nos piden implementar se aprecia en la figura 1.

I. INTRODUCCIN de voltaje un circuito que U N reguladorvoltaje sobreesuna carga, aunque mantiene constante el vare la tensin de red, desde donde se toma la fuente primaria de energa, o aunque vare la carga. Los reguladores tienen diferentes clasificaciones; desde el punto de vista del circuito pueden ser lineales o conmutados, y desde el punto de vista de la posicin del regulador respecto a la carga, pueden ser reguladores serie o paralelo. La calidad de un regulador se define como el porcentaje de regulacin como lo presenta la ecuacin (1):

Figura 1. Regulador de voltaje lineal.

Primero realizamos el anlisis sobre los elementos bsicos que tenamos para el desarrollo de la prctica como lo era el transformador que se tiene en el laboratorio, pues sobre este se empieza a disear debido a que este nos entrega el voltaje de entrada para el regulador. Nosotros trabajamos con un transformador de , al cual se le conecto un rectificador tipo puente, este rectificador se le conecto un capacitor de una capacitancia apreciable para que disminuyera notablemente el rizado, porque este causa inconvenientes al circuito regulador provocando inestabilidad en el regulador como tal. Un concepto a tener en cuenta era conocer la funcin que cumple cada dispositivo en el circuito, obtenido del libro [1]: : Es el regulador como tal y debe suministrar la corriente a la carga. : Limita la corriente de base del transistor regulador y la corriente del transistor . : Acta como comparador. Zener: Establece un voltaje de referencia. : Limitadora de corriente para el Zener. - : Es un divisor de voltaje cuya funcin es censar cualquier cambio que se produzca en la carga.

II. PROCEDIMIENTO Diseamos un circuito regulador de voltaje en discreto que cumpla con las especificaciones dadas en la gua. Para esta prctica nos basamos en la teora vista en el curso de Electrnica II. El objetivo principal es la construccin una fuente de voltaje, la cual debe entregar a la carga una corriente fija como lo indica la gua. Comenzamos implementando primero el rectificador de onda completa para obtener una salida DC no regulada, con este voltaje se procede al diseo del regulador. En estos montajes se debe tener en cuenta parmetros importantes como lo son: la potencia de disipacin de cada uno de los dispositivos utilizados. III. MATERIALES Multmetro Protoboard Resistencias de potencia Condensadores electrolticos Tip 122

Universidad Tecnolgica de Colombia. Escuela de Ingeniera Electrnica. Seccional Sogamoso.

LABORATORIO DE ELECTRONICA II

2

Una vez entendido esto se procedi a realizar el anlisis para obtener el valor de cada uno de los elementos. Como la entrada de voltaje DC era y el voltaje de salida es se decidi utilizar como transistor un tip 122 al cual se le realizo un barrido en la corriente de base para hallar y el voltaje del transistor de la siguiente forma como lo muestra la siguiente figura 2.Q1

V1 TIP122 I1 0Adc 15.94

Figura 3. Fuente regulada completa.

0

Figura 2. Barrido de la corriente de base

Donde variamos la fuente de corriente desde hasta realizando incrementos de . El voltaje es la diferencia entre y . Obteniendo los siguientes valores: y . Continuando con el diseo se escogi un Zener de referencia que tiene una y un , para el se utilizo un transistor , se tuvieron en cuenta otros parmetros de diseo como lo fueron:

Para este diseo se tuvieron en cuenta algunos parmetros del diseo anterior. Nosotros trabajamos con un transformador de , al cual se le conecto un rectificador tipo puente, este rectificador se le conecto un capacitor de una capacitancia apreciable para que disminuyera notablemente el rizado. Un concepto a tener en cuenta al igual que en el diseo anterior es la funcin que cumple cada dispositivo en el circuito, de la teora[1], tenemos que: Este circuito trabaja por bloques de la siguiente manera: Bloque 1 compuesto por Bloque 2 compuesto por Bloque 3 compuesto por Bloque 4 compuesto por Bloque 5 compuesto por Bloque 6 compuesto por . . . . . .

. . Por lo general no fueron ms parmetros, como experiencia se necesito un disipador grande que me evitara el dao del tip 122. Los valores de las resistencias fueron los siguientes, algunas se utilizaron de , pero la de carga tenia que aguantar bastante potencia. , , , ,

Bloque 1 se denomina pre-regulador y se encarga de entregar una corriente constante a y . Bloque 2 es el control o regulador, es el encargado de suministrar la corriente a la carga. Bloque 3 es el comparador. Bloque 4 y 5 funcionan como referencia. Bloque 6 es el limitador de corriente. Una vez entendido esto se procede a realizar el anlisis para obtener el valor de cada uno de los elementos. Como la entrada de voltaje DC es de y el voltaje de salida es se decidi utilizar como transistor un tip 122 al cual se le realizo un barrido en la corriente de base para hallar y el voltaje del transistor de la siguiente forma como lo muestra la siguiente figura 4. Variamos la fuente de corriente desde hasta realizando incrementos de . El voltaje es la diferencia entre y . Obteniendo los siguientes valores: y .

Para el segundo regulador nos pedan en la gua que se entregara a la carga una potencia con una corriente de salida de , entonces se tiene un voltaje de salida de . El modelo de este regulador se muestra en la figura 3.

LABORATORIO DE ELECTRONICA II Continuando con el diseo se escogi un Zener de referencia que tiene una corriente de Zener y un voltaje de Zener , para el , se utilizo un transistor y para , se utilizo un transistor , se tuvieron en cuenta otros parmetros de diseo como lo fueron: . . . . Tiene que polarizar a exceda. cuando la corriente de salida se Q3

3

Tabla 02]: Voltajes y Corrientes de SalidaDatos De Regulacin Para Los Dos Montajes Porcentaje Voltaje Voltaje Sin de Con Carga Carga(V) Regulacin Corriente (V) (%) (A)

Regulador Lineal Fuente Regulada Completa

17,10

18,41

7,12

1,9

10,50

10,70

1,87

1,4

V. CONCLUSIONES El buen uso de un dispositivo electrnico depende de la lectura las especificaciones del fabricante, para as conocer los lmites en los cuales funciona sin daarse. Para un diseo siempre hay que tener en cuenta los dispositivos con los que se cuenta para no tener inconvenientes en el funcionamiento prctico del circuito. Se debe tener en cuenta que el tip conduce ms a mayor temperatura. Otro inconveniente es el aumento de la temperatura en el dispositivo, la cual lo puede deteriorar. Para evitar esto se necesita un disipador.

TIP122 14.21Vdc I1 0Adc

V1

VI. PREGUNTAS 0 Figura 4. Barrido de la corriente de base

Cmo funciona la parte de proteccin contra corto circuito del segundo diseo?

Por lo general no fueron ms parmetros, en la implementacin del circuito se necesito un disipador grande que evitara el dao del tip 122. Los valores de las resistencias fueron los siguientes, algunas se utilizaron de , pero la tiene que soportar una potencia mnima de , la carga debe soportar una potencia considerable. Tabla 01. Valores de Resistencias:Resistencia R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 RL Valor Nominal () Potencia (W) 3300 1 270 1 12000 1 470 1 3200 1 1500 1 0,39 5 0,3 20

La parte de proteccin contra corto circuitos es la funcin del bloque 6. Para la operacin normal del regulador, el transistor esta en corte y cuando la corriente de salida se excede cierto lmite, el transistor entra en conduccin y llega a saturacin rpidamente, limitando en esta forma la corriente de salida, este proceso se realiza gracias a los cambios de voltaje que se operan en la resistencia de . que otros reguladores de voltaje existen y cmo funcionan?

Luego de la parte de diseo viene la implementacin y puesta a prueba del circuito, a continuacin se presentan los datos obtenidos experimentalmente:

Existen diversos tipos de reguladores, los cuales se clasifican de acuerdo al principio o tecnologa de regulacin que utilizan. Los ms importantes son: Los reguladores electromecnicos basan su funcionamiento en un auto transformador de columna, sobre la cual se dispone un cursor accionado por un servomotor, que en su recorrido suma o resta espiras. Este auto ajuste es controlado por un comando electrnico, que se activa cuando la tensin de salida se desva de su valor de calibracin, ajustndose automticamente, as mantiene permanentemente la tensin de salida estable. Las ventajas de este principio son: una alta precisin (1,5%) y eficiencia del 99%, teniendo capacidad de sobrecarga de hasta 500% sin generacin de

LABORATORIO DE ELECTRONICA II contenido armnico, aunque tampoco lo elimina. Su vida til es mayor a 25 aos en funcionamiento continuo a plena carga. Los reguladores electrnicos basan su regulacin en un control electrnico, pueden llevar microprocesador para regular o simplemente un circuito de control que detecta las variaciones del voltaje y hace la correccin a travs de relevadores para regular la tensin. Su tiempo de respuesta y velocidad de regulacin son rpidos adems de ser econmicos en comparacin a los otros tipos. Sin embargo, los rangos de tensin de entrada son reducidos y la precisin de la tensin de salida es baja de +/- 3% a +/- 5%. Su diseo propicia que se desconecten para auto protegerse en condiciones extremas de alta y baja tensin. En la mayora de los casos solo ofrecen regulacin en la fase y no en la lnea de neutro, se auto protegen utilizando varistores a la salida para provocar un corto circuito y activar su fusible. Los reguladores ferro-resonantes. La ferro resonancia es la propiedad del diseo de un transformador en el cual el transformador contiene dos patrones magnticos separados con acoplamiento limitado entre ellos. La salida contiene un circuito resonante paralelo que toma su potencia del primario para reemplazar la potencia entregada a la carga. Hay que notar que la resonancia en la ferro resonancia es similar a aquella en los circuitos lineales con capacitores o inductores en serie o paralelo, en donde la impedancia tiene un pico a una frecuencia en particular. En un circuito no lineal, como el que se usa en los transformadores ferro-resonantes, la resonancia se usa para reducir los cambios en el voltaje de alimentacin para suministrar un voltaje ms consistente, en la carga. Tambin estn los reguladores de caudal de aire que al variar el aire genera una presin estticaREFERENCIAS

4

[1] ELECTRNICA ANLOGA. Humberto Gutirrez