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Fuentes de alimentación
Lineales
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FICHA DE CONEXIÓN CON LA RED ELÉCTRICA
FUSIBLE
TRANSFORMADOR RECTIFICADOR FILTRO REGULADOR CARGA
INDICADOR DE NIVEL DE TENSION DE SALIDA
INDICADOR DE ENCENDIDO
Fuente de alimentación lineal
Diagrama en bloquesFuente no regulada ni estabilizada
Fuente regulada y estabilizada
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TRANSFORMADOR RECTIFICADOR FILTRO
CONVERSIÓN DE ALTERNA A CONTINUA
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Convertidor de corriente alterna en continua:
• Una fuente de alimentación simple consiste en transformador, un rectificador y un filtro, conectado a la red de distribución eléctrica domiciliaria.
• El siguiente esquema ilustra el circuito típico:
• ¡Explicar las ventajas y desventajas entre ambos!
Fuente de tensión básica
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i
Funcionamiento del rectificador
i
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Tensiones en el rectificador y la carga
Tensión sobre el secundario del transformador
Tensión sobre la
carga
Caída de tensión en los diodos
Intervalo de no conducción de los diodos
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El filtrado se logra con el agregado de un capacitor
Con éste circuito se obtiene una tensión media de 7,5V en la carga a partir de una tensión nominal de línea de 220V 50Hz, con una tensión en el bobinado secundario del transformador de 10V pico
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Tensiones y corrientes en el rectificador, filtro y carga
7,5A
22A
7V8V
0,75V
-8,5V
Tensión media sobre la carga = 7,5V
Corr
ient
e en
D1
Tens
ión
de sa
lida
Tens
ión
en tr
ansf
orm
ador
Tens
ión
en D
1
Corriente media en la carga = 1,5A
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Tensión de salida con 240V de entrada y carga al 1%
9,8V
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Tensión de salida con 220V de entrada y carga al 50%
7,9V
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Tensión de salida con 200V de entrada y carga al 100%
6,3V
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Factor de Rizado:
Factor de rizado (en adelante ripple):cd
car V
VF =
El cálculo del factor de ripple se realiza en forma aproximadaasumiendo:• Resistencia interna del transformador muy baja• Tiempo de carga del capacitor despreciable• Resistencia de carga constante• El capacitor se descarga linealmente sobre la resistencia de
carga durante un semiperiodo del ciclo de la tensión de entrada
• La forma de onda del ripple se puede aproximar a una triangular
Luego de comprender el funcionamiento del circuito, definimos:
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rppV
0
cdV
t
SALIDAV
2/T
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∫=2/
0
1 T
C idtC
vrppV
2/T fRCVT
RV
CVrpp 22
1∧∧
==
aplicando para la descarga de C
se obtiene
La tensión de salida media es
−=−=−=
∧∧
∧∧
fRCV
fRCVV
VVV rpp
cd 411
42
La tensión eficaz de ripple esfRC
VVV rpp
ca 3432
∧
==
El factor de ripple resulta( )143
1−
==fRCV
VFcd
car
Lo que permite estimar el valor de C como
+= 1
31
41
rFfRC
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Ejemplo
Tensión de salida del transformador = 18 VTensión media sobre la carga = 22 VTensión eficaz de ripple = 0,7 VC = 100 µF R = 800 Ω
Resultando un factor de ripplemedido de:
Con los datos se utiliza la fórmula aproximada resultando: ( )
038,0143
1=
−=
fRCFr
032,022
7,0===
VV
VVF
cd
car
Se midió en una fuente real los siguientes valores:
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REGULADOR
INDICADOR DE NIVEL DE TENSION DE SALIDA
INDICADOR DE ENCENDIDO
ESTABILIZACIÓN DE LA TENSIÓN
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El regulador serie elementalEl regulador serie es un amplificador con realimentación serie paralelo
( )11 10SAL ENT ENT REF BE2
10
R + Ra 1V = V V = V +V1+af f R
≅
af
La tensión sobre la carga se regula por comparación con VREF
rO
𝑅𝑅𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 ≅𝑟𝑟𝑂𝑂 ⋰⋰ (𝑅𝑅10+𝑅𝑅11) ⋰⋰ 𝑅𝑅𝐶𝐶
1 + 𝑎𝑎𝑎𝑎
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af
a
f
Para evaluar el grado de estabilización de la tensión de salida debemos evaluar la Ganancia de Lazo “af”
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Se puede calcular o medir con el siguiente esquema:
a
f
vPRUEBA
SALVPRUEBA
SAL
vVfa =−
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Redibujamos el circuito para realizar un análisis por realimentación
SALV
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SALV
SALF VfV =R11R10
R10f+
=
Análisis por realimentación
Realimentador
+
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SALV
SALF VfV =R11R10
R10f+
=
Idealizando el realimentador
f
+
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Calculando la ganancia de lazo
Abrimos el lazo para insertar un generador de prueba v
a
+
𝑣𝑣𝑓𝑓 = 𝑎𝑎𝑣𝑣 𝑎𝑎 = −𝑣𝑣𝑜𝑜𝑣𝑣𝑓𝑓
𝑣𝑣𝑓𝑓
𝑣𝑣𝑜𝑜𝑣𝑣
f
vvO
−=fa
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𝑎𝑎 ≅ 100
𝑎𝑎𝑎𝑎 ≅ 100𝑥𝑥0,383 ≅ 38
𝐴𝐴 =𝑎𝑎
1 + 𝑎𝑎𝑎𝑎 ≅10039 = 2,564 ≅ 2,6
𝑉𝑉𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 ≅ 2,6 1,25𝑉𝑉 + 0,65𝑉𝑉 ≅ 5𝑉𝑉
𝑉𝑉𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝐴𝐴 𝑉𝑉𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 + 𝑉𝑉𝐵𝐵𝑅𝑅2
𝑎𝑎 = 0,383
𝑉𝑉𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅
𝑉𝑉𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆
𝑎𝑎
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Regulación de carga
El regulador logrará mantener la tensión de salida en función de la variación de la resistencia de carga
V1 = 12V
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Regulación de carga
Reduciendo la tensión de la fuente no estabilizada se aprecia que la regulación empeoraNotar que la tensión de salida se corre por debajo de los 5V
V1 = 7V
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Regulación de carga
V1 = 30V
Aumentando la tensión de la fuente no estabilizada se aprecia que la regulación mejoraNotar que la tensión de salida se corre por encima de los 5V
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Regulación de línea
Notar como la estabilización de la tensión de salida resulta muy dependiente de la tensión de la fuente de entrada. Debido a esto, el rechazo del rizado de la fuente de entrada será bajo.
RC = 100Ω
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Regulación de cargaEl regulador logrará mantener la tensión de salida con una variación acotada en función de la variación de la corriente en la carga
SALV
SALI
SALΔI
SALΔV
t
t
SALT
SAL
VRI
∆≅∆
EQUIVALENTE THÉVENINVSAL
RT
0
0
VTTENSIÓN DE THÉVENIN
RESISTENCIA DE THÉVENIN
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Mejoramos la polarización de Q2
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Regulación de carga
V1 = 7V
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Regulación de carga
V1 = 12V
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Regulación de carga
V1 = 30V
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Regulación de línea
RC = 100Ω
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REFSAL VR
RRV
+≅
10
1011
Modificando el circuito de entrada y de salida se obtiene mejor rechazo de modo común del amplificador y mayor ganancia de lazo del sistema
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EJEMPLO NUMÉRICO
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Regulación de carga
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Regulación de línea
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VREF variable
REFSAL VRR
RR
RRV
+
+=
21
2
10
1011
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Limitación de corriente
VSAL
ISAL
13
4POL
BEMAX I
RVI +=
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VSAL
ISAL
IMAX
VSAL+ RSICIC
LIM
ONBE4MAX R
VI =
VSAL
IPOL
VSAL MAX
IMAX
(En esta condición T2 queda al corte)
C
B
E
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EJEMPLO NUMÉRICO
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Notar que para valores bajos de carga el circuito opera como estabilizador de tensión pero para valores altos de carga actúa como estabilizador de corriente.¿Cuál será el valor de la resistencia de carga que define el cambio de comportamiento?
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Limitador de corriente por foldback
VSAL
ISALIMAXICC
VSAL+ RSISALICVSAL
+=
2
1
S
ONBE4CC R
R1R
VI
(En esta condición T2 queda al corte)
IPOL
C
B
E
VSAL MAX
ISAL
S
MAXSAL
2
1CCMAX R
VRRII +=y
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R1RSBE VVV −= (notar que VR1 varía con VSAL)
Resolviendo la malla de polarización de T4 se tiene:
( )21
1SALSSALSALSBE RR
RIRVIRV+
+−=
Desarrollando:( )
2S
SAL1BE21SAL RR
VRVRRI ++=
En caso de cortocircuito VSAL = 0 ; ISAL = ICC y VBE = VBE ON :
+=
2
1
S
ONBECC R
R1R
VI (al liberar el cortocircuito se normaliza)
A partir de:
ONBEBE VV ≤
ONBEBE VV ≤
Cuando se llega a VBE = VBE ON con VSAL = VSAL MAX resulta ISAL = IMAX :
ONBEBE VV ≤
( )2S
MAXSAL1ONBE21MAX RR
VRVRRI
++=
NOTA: VBE ON = 0,7V típico o tomar de gráfica IC VBE para IC=IPOL
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EJEMPLO NUMÉRICO
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Limitación de corriente por “FoldBack”
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Regulador integrado 7805
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Diagrama en bloques
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Esquema eléctrico
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MedicionesSALΔV
t
VOUT
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Regulador de tensión integrado de precisiónLM723 o TDB0723
Característcas principales• Reúne todas las partes vitales de un regulador de tensión• Permite diseñar fuentes de tensión desde 2 a 37 V• Se puede programar el limitador de corriente• Tensión de entrada máxima de 40 V• Corriente máxima de salida de 150 mA
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TDB0723
Regulador de tensión integrado de precisión
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Diagrama en bloques del regulador 723
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Conexionado para tensión de salida ≥ VREF
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Conexionado para tensión de salida ≤ VREF
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Conexionado para tensión de salida de 2 a 37 V
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Características eléctricas del 723
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Fuente de corriente de precisión
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GENERADOR AMPLIFICADOR REALIMENTADOR CARGA
Fuente de corriente de precisión
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GENERADOR AMPLIFICADOR
REALIMENTADOR
CARGA
Análisis por realimentación
SALF IRV 7=
SALI
25000AV =
SALF IfV =
7Rf =
𝑉𝑉𝐼𝐼 𝑉𝑉𝑂𝑂 = 𝐴𝐴𝑉𝑉𝑉𝑉𝐼𝐼
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GENERADOR AMPLIFICADOR MODIFICADO
REALIMENTADOR IDEALIZADO
CARGA
Análisis por realimentación
SALI𝑉𝑉𝑂𝑂 = 25000 𝑉𝑉𝐼𝐼𝑉𝑉𝐼𝐼
?ZSAL =
117
1SAL VΩ10V
R1V
f1I ==≅
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1 Reguladores “Low Dropout”2 Reguladores paralelos
Temas para investigar