Download expo fuentes

Reguladores de voltaje

Comenzamos con un voltaje de ca y obtenemos
un voltaje de cd constante al rectificar el voltaje
de ca y luego filtrarlo para obtener un nivel de
cd, y, por último, lo regulamos para obtener un
voltaje de cd fijo deseado. La regulación en
general se obtiene con un regulador de voltaje de
circuito integrado, el cual toma un voltaje de cd y
luego lo entrega a un nivel más bajo, el cual
permanece igual aun cuando el voltaje de cd de
entrada varíe o la carga de salida conectada al
voltaje de cd también lo haga.


Se requiere un circuito rectificador para convertir
una señal de valor promedio cero en una de valor
promedio diferente de cero. La salida resultante
desde un rectificador es un voltaje de cd pulsante
y aún no adecuado como remplazo de una
batería.
Para voltajes de alimentación de cd, como los
que se utilizan en un radio, un sistema
estereofónico, una computadora, etc., el voltaje
de cd pulsante de un rectificador no es
suficientemente bueno. Se requiere un filtro para
proporcionar un voltaje de cd más constante.

La figura muestra un voltaje de salida de filtro típico, con el
cual se definirán algunos de los factores de la señal. La salida
filtrada de la figura tiene un valor de cd y alguna variación de
ca (rizo). Aun cuando en esencia una batería tiene un voltaje
constante o de salida de cd, el voltaje de cd derivado de una
señal de fuente de cd rectificada y filtrada tendrá alguna
variación de ca (rizo). Cuanto más pequeña sea la variación
de ca con respecto al nivel de cd, mejor será la operación del
circuito de filtrado.
EJEMPLO Con un voltímetro de cd y uno de ca para medir la salida de
un circuito de filtrado, obtenemos lecturas de 25 V cd y de 1.5 V
rms. Calcule el rizo del voltaje de salida del filtro.

Otro factor de importancia en una fuente de alimentación es
la cantidad de cambios del voltaje de salida de cd a lo largo
de la operación de un circuito. El voltaje provisto a la salida
en la condición sin carga (sin que demande corriente de la
fuente) se reduce cuando se extrae corriente de carga de la
fuente (en condición de carga). La cantidad que el voltaje de
cd cambia entre las condiciones sin carga y con carga la
describe un factor llamado regulación de voltaje.

Un circuito de filtrado de mucha aceptación es el filtro de
capacitor que se muestra. Se conecta un capacitor en la salida
del rectificador y se obtiene un voltaje de cd a través del
capacitor.

De acuerdo con lo anterior, está claro que los
valores grandes de capacitancia proporcionan
menos rizo y un voltaje promedio más alto, con lo
cual el filtro actúa mejor. De aquí se podría
concluir que para mejorar el desempeño de un
filtro de capacitor, todo lo que se requiere es
aumentar el tamaño del capacitor de filtrado. Sin
embargo, el capacitor también afecta la corriente
pico a través de los diodos de rectificación y, como
veremos a continuación, cuanto más grande sea el
valor del capacitor, mayor será la corriente pico
extraída por conducto de los diodos de
rectificación.


Los diodos conducen durante un periodo T 1
durante el cual el diodo debe proporcionar la
corriente promedio necesaria para cargar el
capacitor. Cuanto más corto es este intervalo,
más grande es la cantidad de la corriente de
carga. Observe que con valores pequeños del
capacitor y T1 grande, la corriente pico en el
diodo es menor que con valores grandes del
capacitor de filtrado.
Como la corriente promedio extraída de la fuente
debe ser igual a la corriente promedio en el
diodo durante el periodo de carga, podemos
utilizar la siguiente relación

Es posible reducir aún más la cantidad de rizo
a través del capacitor si se utiliza una sección
de filtro RC adicional
Circuito equivalente de cd
de la sección de filtro RC

Ejemplo: Calcule el voltaje CD a través de una
carga de 10kΩ para una sección (R=120 Ω
C=10uF) de filtro RC. El voltaje de cd a través
del capacitor de filtrado inicial es Vcd=60V
Debido a la acción del divisor
de voltaje de la impedancia de
CA del capacitor y el resistor
de carga, el componente de
CA del voltaje resultante a
través de la carga es:
Para un rectificador de
onda completa de rizo de
CA
a
120
Hz,
la
impedancia del capacitor
se calcula con:
Donde C está
en
microfarads y
Xc
en
kiloohms

Calcule los componentes de CA y CD de la
señal de salida a través de la carga RL del
circuito, además calcule el rizo de la forma de
onda de salida
Regulación de Voltaje en Serie

La conexión básica de un circuito regulador
en serie se muestra en la siguiente figura
El elemento en serie
controla la cantidad de
voltaje de entrada que
llega a la salida



Un circuito muestra el voltaje de salida y
proporciona un voltaje de realimentación que se
compara con un voltaje de referencia.
1.- Si el voltaje de salida incrementa, el circuito
comparador emite una señal de control que hace
que el elemento de control en serie reduzca la
cantidad de voltaje de salida, con lo cual se
mantiene el voltaje de salida.
2.- Si el voltaje de salida de reduce, el circuito
comparador emite una señal de control para que
el elemento de control en serie incrementen la
cantidad de voltaje de salida.
El transistor Q1 es el
elemento de control en
serie y el diodo Zener
Dz proporciona el
voltaje de referencia
2. Si el voltaje de salida se incrementa, el el
voltaje reducido entre la base y el emisor
hace que el transistor Q1 conduzca menos ,
por lo que el voltaje de salida se reduce y la
salida se mantiene constante
Funcionamiento:
1. Si el voltaje de salida
se reduce, el voltaje de
base a emisor
incrementado hace que
el transistor Q1
conduzca más, por lo
que el voltaje de salida
se eleva y la salida se
mantiene constante

En la figura se muestra otro tipo de regulador en
serie. El amplificador operacional compara el
voltaje de referencia del diodo Zener con el voltaje
de realimentación de los resistores detectores R1 y
R2. Si el voltaje de salida varía, la conducción del
transistor Q1 se controla para mantener constante
el voltaje de salida. El voltaje de salida se
mantendrá a un valor de

A medida que aumenta la corriente de carga
IL, la caída de voltaje a través del resistor
detector en cortocircuito RSC se incrementa.

La
limitación
de
corriente reduce el
voltaje
de
carga
cuando la corriente
llega a ser más grande
que el valor límite. El
circuito de la figura
proporciona limitación
por reinyección, la
cual reduce tanto el
voltaje de salida como
la corriente de salida,
para proteger la carga
contra sobrecorrientes
y
también
para
proteger el regulador.

Un regulador de voltaje en derivación
proporciona regulación al desviar la
corriente de la carga para controlar el
voltaje de salida. La figura muestra un
diagrama de bloques de un regulador
de voltaje como ese.

En la figura se muestra un circuito regulador en
derivación simple. El resistor RS reduce el voltaje
no regulado en una cantidad que depende de la
corriente suministrada a la carga RL. El diodo
Zener y el voltaje base-emisor del transistor
establecen el voltaje de carga. Si la resistencia de
ésta se reduce, el resultado es una corriente de
control reducida hacia la base de Q1 y menos
corriente de colector se pone en derivación. Por
consiguiente, la corriente de la carga es más
grande con lo que se mantiene el voltaje
regulado a través de la carga. El voltaje de salida
suministrado a la carga es

EJEMPLO Determine el voltaje regulado y las
corrientes del circuito para el regulador en
derivación de la figura.

La figura muestra otra versión de un regulador
de voltaje en derivación que utiliza un
amplificador operacional como comparador de
voltaje. Compara el voltaje Zener con el voltaje
de realimentación obtenido con el divisor de
voltaje R1 y R2 para proporcionar la corriente de
excitación de control para poner en derivación el
elemento Q1. De esa manera se controla la
corriente a través del resistor RS para reducir el
voltaje a través de RS de modo que se mantenga
el voltaje de salida.