Electrical

ineficientes debido a la potencia consumida por el elemento en serie. Su eficiencia es alrededor del20% y solamente resultan eficaces para baja potencia (< 5 W).

b) Reguladores de conmutacin. Utilizan un transistor de potencia como conmutador de altafrecuencia, de tal manera que la energa se transfiere desde la entrada a la carga en paquetesdiscretos. Los pulsos de intensidad se convierten despus a una corriente continua mediante un filtroinductivo y capacitivo. Puesto que, cuando opera como conmutador, el transistor consume menospotencia que en su regin lineal, estos reguladores son ms eficientes (hasta el 80%) que loslineales; adems, son ms pequeos y ligeros. Estos reguladores se pueden disear para operardirectamente sobre la tensin de la red rectificada y filtrada, eliminando la necesidad de utilizartransformadores voluminosos. El precio que se paga por estas ventajas es una mayor complejidaddel circuito y un mayor ruido de rizado. Los reguladores de conmutacin se utilizan especialmenteen sistemas digitales, donde a menudo es mucho ms importante una alta eficiencia y un peso bajoque un rizado de salida pequeo.

La tendencia actual en el diseo de fuentes de alimentacin de varias salidas es utilizar reguladores deconmutacin para aprovechar sus ventajas y utilizar despus reguladores en serie para conseguir tensiones mslimpias y mejor reguladas.

Elementode

control

Amplificadorde

error

Vi

Seal de entradano regulada

Circuitode

muestreo

Referenciade

tensin

Vo

Seal de salidaregulada

Figura 11.2. Diagrama de bloques de un regulador de tensin lineal.

11.2.- Reguladores de tensin con componentes discretos

Un regulador de tensin est constituido por una serie de bloques funcionales que permiten estabilizar latensin de salida. La figura 11.2 muestra el diagrama de bloques de este circuito formado por: referencia detensin, circuito de muestreo, amplificador de error y elemento de control. Una variacin de la tensin de salida(Vo) es detectada por el amplificador de error al comparar la referencia de tensin y el circuito de muestreo. Esteamplificador opera sobre el elemento control en serie para restaurar la Vo.

11.2.1.- Referencias de tensin

Una referencia de tensin constituye una parte fundamental de los reguladores de tensin al proporcionar

Electronica Bsica para Ingenieros

190 I.S.B.N.: 84-607-1933-2 Depsito Legal: SA-138-2001

C o mejor. Para minimizar los errores debidos alautocalentamiento, las referencias de tensin proporcionan una corriente de salida moderada, tpicamente en elrango de unos pocos mA. Las tcnicas de compensacin aplicadas a las referencias semiconductoras permitenconseguir coeficientes de temperatura de 1 ppm/ C o menores. Estas tcnicas se utilizan tambin en el diseo detransductores de temperatura.

Las referencias de tensin estn basados en diodos Zener y transistores bipolares o de salto de banda("bandgap").

Un diodo Zener es el dispositivo ms barato y simple paraobtener una tensin de referencia ms o menos estable. Sinembargo, hay que adaptarse a los valores de tensiones Zenerpresentes en el mercado (5.6 V, 6.2V, 6.8 V,...), presenta fuertederiva trmica y el ruido, especialmente ruido de avalancha, esmuy elevado. Las limitaciones del diodo Zener pueden serresueltas en parte con la ayuda de un OA resultando un circuitocon caractersticas de autorregulacin. En la figura 11.2, laconfiguracin no-inversora del OA 741 permite ajustar latensin de salida variando R2.

Basado en esta estructura, el circuito monoltico REF102(figura 11.3.a) de Burr-Brown es un ejemplo tpico de unreferencia de tensin de 10 V compensado trmicamente queutiliza un diodo Zener de VZ=8.2V. La corriente mxima de salida es de 10 mA. La tensin de salida vienedefinida por la siguiente ecuacin:

Vo = 1+R3

R1 + R2

VZ = 1+8kW

14kW +22kW

8.2V= 10V(11.1)

a) b)

Figura 11.3. a) Referencia de tensin REF102 de 10 V (Burr-Brown). b) Aplicacin tpica.

Tema 11

I.S.B.N.: 84-607-1933-2 Depsito Legal: SA-138-2001 191

Vo

R2R1

VZ

R3

Vi (no regulada)

(regulada)

12V a 36 V

741

Vo = 1+R2R1

VZ

Figura 11.2. Referencia de tensin auotregulada.

Una aplicacin tpica de este circuito se presenta en la figura 11.3.b. Una vez ajustado la tensin de salida a10 V a travs de la resistencia RS=1MW conectado al terminal 5 (VTRIM) y el potencimetro de 20kW , sucompensacin trmica asegura una variacin mxima de 0.7mV en la tensin de salida para una variacin de 0 a70 de temperatura. Otros ejemplos de circuitos referencia de tensin monolticos compensados trmicamente sonel LM329 (National Semiconductor), el LM3999 de 6.95 V (National Semiconductor) y el LTZ100 (LinearTechnology).

Los referencia de tensin basados en diodos Zener tienen valores a partir de 6 a 7 V que requieren en losreferencias de tensin monolticos tensiones de alimentacin de al menos 10 V. Esto puede ser un inconvenienteen sistemas alimentados con tensiones ms bajas, tales como 5V. Este problema se soluciona utilizando lasreferencias de tensin "bandgap". Las referencias de tensin "bandgap" operan compensando el coeficiente detemperatura negativo de una tensin baseemisor, VBE, con el coeficiente de temperatura positivo de la tensintrmica VT. Analog Devices desarroll una configuracin bandgap constituida por dos transistores dediferente rea muy estable con la temperatura, que utiliza dos transistores de reas de emisor distintas. En la figura11.4 se presenta el esquema de este circuito. Q1tiene un rea de emisor n veces mayor que la de Q2de forma queIS1=nIS2. La tensin de salida VREF es

VREF = VBE2 + 2VTR2R1

ln n( )(11.2)

En la figura 11.5 se presenta el diagrama circuital de un referencia de tensin LM385 (NationalSemiconductor) de 2.5V para aplicaciones de micropotencia que utiliza la configuracin band-gap. Lacorriente de polarizacin vara de 20A a 20mA y su resistencia dinmica es de 0.4W . Otros referencias detensin son el AD580/581/584 de Analog Devices, el MC1403/04 de Motorola y REF-01/-02/-05/-10 dePrecision Monolithics.

Vi

VREF

R1

R2

R R

Q1 Q2

n

9 V

500kW

LM385(2.5 V)

2.5 V

Figura 11.4.Referencia de tensin basado Figura 11.5. Diagrama del referencia de tensin bandgap en una configuracin bandgap. LM385 de 2.5 V y una aplicacin tpica.

11.2.2.- Regulacin de tensin en serie

El circuito de la figura 11.6.a es un sencillo regulador de tensin construido mediante un transistor bipolar,



como elemento de control, y un referencia de tensin que proporciona la tensin de referencia y controla a esetransistor. El funcionamiento de este circuito es el siguiente: si la tensin de salida (Vo) decrece, aumenta latensin VBE del transistor e incrementa su corriente lo que permite restaurar la tensin de salida. Por el contrario,si Vo aumenta, la disminucin en la tensin VBE hace disminuir a su vez la corriente del transistor cuyo efecto esintentar reducir la tensin de salida hasta restaurar Vo al valor deseado.

Vi(no regulada)

R

Vref

Vo(regulada)

RL RL

Q1

Q2

Vo

VREF

R3

R4

R5

R2

R1

Vi

a) b)

Figura 11.6. a)Regulador de tensin simple en serie. b) Regulador de tensin en serie basado en un OA.

Una versin mejorada de este regulador y que se adapta al diagrama de bloques de la figura 11.2 se presentaen la figura 11.6.b. Est constituido por un referencia de tensin y un OA que controla al Darlington (Q1 y Q2)

de potencia de salida. Los transistores de potencia tienen una VBE(on) 1V y el valor dehFE es generalmentemucho menor que los transistores BJT de baja potencia (a veces tan baja como 10). Por esta razn, el elemento deregulacin en serie se implementa generalmente con un par Darlington que ofrece una ganancia en intensidad alta,tpicamente de 1000 o ms. En este circuito, el OA acta como amplificador de error comparando la tensin dereferencia (VREF) obtenida a partir de un referencia de tensin con la obtenida a travs de la red de realimentacinformada por un R1y R2. Como en un OA ideal, Vn=Vp, la tensin de salida de este circuito es

Vo = 1 +R2R1

VREF

(11.3)

11.2.3.- Circuitos de proteccin

Los reguladores estn equipados con un circuito de proteccin cuyo propsito es limitar la corriente delelemento en serie (o incluso anularla). Los circuitos de proteccin se disean para estar inactivos bajo condicionesde operacin normal y activarse tan pronto como se intente exceder el correspondiente lmite de seguridad. Elpropsito del circuito de proteccin contra sobrecargaes evitar que la corriente que circula por el transistor enserie exceda un nivel de seguridad predeterminado, como sucedera, por ejemplo, en el caso de cortocircuitar lasalida.

La primera tcnica, en su forma ms simple, se implementa con otro transistor (Q2) y una resistencia (RSC)segn se indica en la figura 11.7.a. La funcin de RSC es chequear el valor de IE1 y desarrollar una cada de

Tema 11


tensin de valor suficiente para hacer que el transistor de vigilancia Q2 conduzca cuando IE1 alcance un nivelpredeterminado de seguridad, IE1(max)=ISC (figura 11.7.b). Esto se consigue imponiendo la condicin

Io(max)= ISC =VBERSC (11.4)

RL

Vo

Q1

Q2RSC

Io

.

Vo

IoISC

V

a) b)

Figura 11.7. a)Circuito de proteccin simple y b) su curva de limitacin de corriente.

Incluso con este circuito de limitacin de corriente, el transistor en serie se puede calentar excesivamente bajocondiciones de cortocircuito de larga duracin. Por ello, se utiliza tambin la segunda tcnica de proteccin contrasobrecarga, denominada limitacin de corriente foldbackbasado en el circuito descrito en la figura 11.8.a. La ideade la limitacin foldback es reducir la corriente y la tensin de la carga cuando ocurren las condiciones desobrecarga. En la figura 11.8.b se muestra la caracterstica VoIo tpica de una fuente de alimentacin conlimitacin foldback. Una vez que se alcanza la corriente de carga mxima (IFB), el voltaje de salida disminuye y lacorriente de la carga se reduce. Esto reduce la disipacin de potencia del regulador y del resto de los componentesde la fuente de alimentacin.

RL

Q1

Q2

Io

VoRSC

R1

R2

.

Vo

IoIFBISC

V

a) b)

Figura 11.8. a)Circuito de proteccin de corriente foldback y b) su curva de limitacin de corriente.

Bajo condiciones normales de carga, R1, R2 y Q2 no tienen efecto en la operacin del circuito. Bajocondiciones de sobrecarga, la cada de tensin en RSC har que Q2 conduzca, robando corriente de base a Q1 yproduciendo una disminucin en la tensin de salida. La disminucin de Vo reduce an ms la cada de tensin enR1, haciendo que Q2 se sature y reduciendo an ms la corriente y la tensin de la carga. Las intensidades IFB eISC estn dadas por las siguientes ecuaciones



IFB = VoR1

R2RSC+ VBE

R1 + R2R2RSC

ISC =VBERSC

R1 + R2R2

(11.5)

La corriente de cortocircuito no debe ser muy pequea; una buena eleccin es ISC IFB/3. Las fuentes conlimitacin foldback se usan generalmente en aplicaciones de alta corriente.

11.3.- Reguladores de tensin monolticos

Los reguladores de tensin monolticos comprenden a una gran variedad de CIs. Contienen una referencia detensin, un amplificador-comparador de error, dispositivos de control y circuitera de proteccin, todo ello en unsimple circuito monoltico. Proporcionan una tensin de salida fija positiva (reguladores de tensin positivos), fijanegativa (reguladores de tensin negativos) o ajustable a travs de potencimetros.

11.3.1.- Reguladores de tensin fija tri-terminal

Los reguladores de tensin tpicos de tres terminales tienen un terminal para la entrada no regulada (IN), lasalida regulada (OUT) y tierra (COMMON) y estn ajustados para proporcionar una tensin de salida constantetal 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 24 V. 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. Otrosejemplos 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.

IN OUT

COMMON

7812

C1 C1=470FC2=100nF

220V

C2

+12 V

+ +

a)

IN OUT

COMMON

7912

C1 C1=470FC2=100nF

220V

C2

-12 V

+ +

b)

Figura 11.9. Fuente de alimentacin basado en el regulador de tensin a) positivo A7812 y b) negativo A7912.

Las figuras 11.9.a y 11.9.b describen dos ejemplos de utilizacin del regulador de tensin fija A7812 yA7912 para obtener tensiones de salida reguladas de +12 V y -12 V, respectivamente. Los condensadores C1yC2 mejoran la respuesta transistoria del regulador. Cuando el regulador se encuentra a cierta distancia del

Tema 11


rectificador, C1 se desdobla en dos, uno conectado a la salida de los diodos y otro conectado a la entrada delregulador (valor de 0.1 a 1F) para evitar oscilaciones no deseadas.

11.3.2.- Reguladores de tensin ajustable tri-terminal

Los reguladores ajustables de tres terminales permiten ajustar la tensin de salida a partir de resistenciasexternas conectadas al terminal denominado ADJUSTMENT o ADJ. Uno de los ms populares productos deeste tipo es el LM317 (positivo) y LM337 (negativo) de National Semiconductor capaces de proporcionar hasta1.5 A de corriente de salida. Otros ejemplos de reguladores de tensin ajustables tri-terminal son: LM338 deNational Semiconductor cuya corriente de salida alcanza los 5 A, LT1038 de Linear Technology y LM396 de 10A de National Semiconductor.

En la figura 11.10 se presenta una aplicacin tpica del LM317.El LM317 posee internamente una referencia de tensin tipobangap que proporciona una VREF=1.25 V (typ) entre losterminales OUT y ADJ y est polarizado por una fuente de corrienteestable de IADJ= 65A (typ). Analizando este circuito fcilmente secomprueba que

Vo = 1 +R2R1

VREF + IADJR2

(11.6)

Una buena aproximacin es considerar que la corriente IADJ (65A) es muy inferior a las corrientes (mA)que circulan por las resistencias R1y R2. Luego, la ecuacin 11.6 se transforma en

Vo @ 1 +R2R1

VREF

(11.7)

Variando R2, Vo puede ser ajustado a cualquier valor dentro del rango 1.25V Vo 30V.

Los reguladores de tensin duales (dual tracking regulators) proporcionan doble tensin de salida idneaspara alimentar OAs, convertidores, etc. Las dos tensiones de salida son de igual magnitud y polaridad opuesta quemantiene su simetra para diferentes requerimientos de carga. Un ejemplo es el popular RC4195 de Raytheon(RC4194 es la versin ajustable) con una tensin de salida de 15 V.

11.3.3.- Especificaciones de los reguladores de tensin

A continuacin se describen algunas especificaciones de los reguladores de tensin que aparecen en las hojasde caractersticas:

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 detensin, la entrada se obtiene generalmente a partir de la seal de la red y tiene un rizado significativo. Si latensin de entrada de baja calidad es Vi y la tensin de salida estabilizada es Vo, la regulacin de lnea (Regline) sedefine como:



IN OUT

ADJR1

R2

VoViLM317

IADJ

VREF

Figura 11.10. Aplicacin del LM317.

Regline =D VoD Vi

(mV/V) o Regline =

D VoVoD Vi

(%/V)(11.8)

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 unafuente de tensin ideal, su salida debera ser independiente de IL. Por tanto, la regulacin de la carga estdirectamente relacionada con la resistencia de salida equivalente del circuito. La regulacin de carga (Regload) sedefine como:

Re gload=VNL - VFLD IL

(mV / mA mV / A) o Re gload=

VNL - VFLVNLD IL

(%/ mA %/ A)(11.9)

donde VNL es la tensin de salida sin carga y VFL es la tensin de salida a mxima carga.

Tensin de referencia (reference voltage). Tensin de referencia del regulador utilizada para ajustar la

tensin 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 significaque para una salida garantizada de 5V, Vi debe ser mayor que 7.5V. Los siguientes reguladores tienen undropout de 0.6V: L487 y L4700 (SGS), LM2931 y LM2935 (National Semiconductor) y LT1020 (LinearTechnology).

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 LM117tiene una tensin diferencial entrada-salida (Input-Output Voltage Differential) mxima Vi-Vo=40V. Estosignifica que si Vo=1.25 V, la tensin de entrada Vi no debe superar los 41.25 V.

11.4.- Reguladores de conmutacin y convertidores DC-DC

En los reguladores de conmutacin, el elemento regulador es un transistor que est constantementeconmutando entre corte y saturacin. En estas regiones de operacin, el transistor disipa muy poca potencia

Tema 11


(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), especialmentecuando las diferencias entre la entrada y la salida son altas.

Adems, los reguladores de conmutacin pueden generar tensiones de salida mayores que la entrada noregulada y tensiones de salida de polaridad opuesta a la entrada. Otra ventaja que tienen las fuentes dealimentacin conmutadas (switchers) es que se pueden conectar directamente a la tensin de la lnea rectificada yfiltrada, sin que sea necesario un transformador de potencia de alterna, dando lugar a las fuentes conmutadasconectadas a la lnea (linepowered switching supplies). El resultado es una fuente de continua pequea, ligera yadems funcionan a menor temperatura debido a su mayor eficiencia. Por estas razones, las fuentes conmutadasse utilizan casi universalmente en computadores y en instrumentos porttiles.

Los principales problemas que tienen las fuentes conmutadas son el ruido de conmutacin presente en lasalida y el costo. En los reguladores de conmutacin (figura 11.11), un transistor que funciona como conmutadoraplica peridicamente toda la tensin no regulada a una autoinduccin durante intervalos cortos. La corriente de la

autoinduccin crece durante cada pulso, almacenando una energa (1/2LI2) que se transfiere a un filtro capacitivo a

la salida. Igual que en los reguladores lineales, se compara la salida con una tensin de referencia, pero en losreguladores de conmutacin la salida se controla cambiando la anchura de pulso del oscilador en vez decontrolando linealmente la tensin de base.

VREF

PWM

DC (no regulada) DC (regulada)

VFB

Figura 11.11.Regulador de tensin conmutada.

El corazn del regulador de conmutacin es un oscilador PWM (modulacin por anchura de pulsos) endonde la anchura de pulso es controlada por tensin. La salida del PWM conmuta un transistor entre corte ysaturacin, con un ciclo til (duty cycle) que se controla con la diferencia entre la tensin de realimentacin VFB yVREF. Bsicamente, si VFB>VREF, el ciclo tildel PWM disminuye hasta que VFB=VREF; por el contrario, siVFB

1) Stepdown o "bucking" (tensin de salida menor que la entrada). Un ejemplo tpico es el MAX638 deMaxim que permite obtener una tensin de salida fija de +5V o una tensin positiva ajustable mediante un divisorde tensin externo. Tiene oscilador que funciona a la frecuencia (constante) de 65kHz y el amplificador de errorcontrola, de acuerdo con la tensin de salida, la aplicacin o no de la salida del oscilador al MOS de control. Coneste 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 nicaventaja de los reguladores stepdown respecto a los lineales es su alta eficiencia. Sin embargo, los reguladoresstepups que ofrecen una ventaja adicional cuando se necesita una tensin de salida mayor que la entrada noregulada. Los reguladores de conmutacin de baja potencia pueden generar las tensiones de alimentacin de15V de una amplificador operacional a partir de la batera de +12V de un coche, lo que resultara imposible conreguladores lineales. Ejemplos tpicos es el regulador stepupMAX633 y el inversor MAX637 de Maxim.

Hay otro tipo de convertidores DC-DC que se denominan convertidores de tensin "flying capacitor" o"chargepump". La idea en que se basan es usar conmutadores MOS para cargar un condensador a partir de laentrada de continua y despus cambiar los conmutadores para conectar el condensador ahora cargado en serie conotro (stepup) o con polaridad cambiada a la salida (inversor). La ventaja de los convertidores de tensinflyingcapacitores que no utilizan autoinducciones, pero tienen como inconvenientes su baja potencia, pobreregulacin y tensin limitada. Un ejemplo de convertidor de tensin flyingcapacitores el MAX680 (figura11.12) de Maxim, que genera una salida doble de 10V y hasta 10mA a partir de +5V de entrada. El LT1026 esun convertidos similar pero utiliza condensadores de 1F y la resistencia de salida es de 100W .

VCC

GND

22F(1F)

22F(1F)

22F(1F)

22F(1F)

+10 V

10 V

200W (100W )

200W (100W )

+5 V

MAX680(LT1026)

Figura 11.12.Convertidores de tensin "flying capacitor".

Tema 11


Eleccin del tipo de fuente de alimentacin

Para sistemas digitales, en los que generalmente se necesitan +5V y alta corriente (10A o ms), seaconseja utilizar linepowered switching supplies.

Para circuitos analgicos con seales de bajo nivel (amplificadores de pequea seal, seales menoresde 100V, ...), en general, lo mejor es utilizar reguladores lineales, puesto que los de conmutacin sonmuy ruidosos.

Para cualquier aplicacin de alta potencia, lo mejor es utilizar linepowered switching supplies, puestoque son ms pequeas, ms ligeras y ms eficientes

Para aplicaciones de alto voltaje y baja potencia (tubos fotomultiplicadores, intensificadores deimgenes), lo ms adecuado es utilizar un convertidorstepupde baja potencia.



Problemas

P11.1 El circuito de la figura P11.1 es un referenciade tensin basado en un diodo Zener. Tieneadems un circuito de start-upformado porR4 y D1 que permite inicializar el sistema alestado deseado. Para el circuito, se pide:

a) Explicar la finalidad de R3.b) Calcular el valor de la tensin de salida

Vo.c) Si el 741 proporciona una corriente

mxima de salida de 25mA, determinarel valor mnimo de RL.

Vo

R2R1

VZ

R3

741

VCC

RL

VCC=15 V VZ=6.2 V R1=39kWR2=24kW R3=3.3kW R4=3kW

R4

D1

Figura P11.1

P11.2 Determinar las tensiones de salida Vo1y Vo2de los circuitos de las figuras P11.2.a yP11.2.b que utilizan el referencia de tensin deBurr-Brown REF102.

Tema 11


220V

IN OUT

COMMON

7905

C1 +

IN OUT

COMMON

7805

C1

C2 +

C2

Vo1

Vo2

Vp

Vp

C1=470FC2=100nF

+ +

Figura P11.6

IN OUT

ADJR1

R2

LM317

C1

220V

+

C2 +

D1

D2

Vo

C3 +C1=1FC2=10FC3=1FR1=240WR2=1.8kW

Figura P11.7

RVCC

2

6

4

Vo1

Vo2

REF102

RVCC= 15 VR=10kW

Figura P11.2.a

R

VCC

2

6

4

Vo1

Vo2

REF102

RVCC= 15 VR=10kW

Figura P11.2.b

P11.3 En el referencia de tensin basado en laconfiguracin bandgap de la figura 11.5 elOA est trabajando en la zona lineal.Demostrar que la tensin de referencia VREFverifica la ecuacin 11.2.

P11.4 Para el regulador de tensin de la figuraP11.4, se pide:

a) Determinar el valor de Vo.b) Si la carga es una resistencia de 10W ,

calcular la tensin y corriente de salida

del OA.c) Se ha observado que si se aade a Vi

una seal sinusoidal de 0.5Vsenwtaparece a la salida una seal de valor100mV senwt. Determinar el parmetrode regulacin de lnea.

Dato: hFE=70, VEB=0.7 V.

RL

Q1

Q2

Vo

VREF

R3

R4

R5

R2

R1

Vi

Figura P11.4

P11.5 Disear un circuito de proteccin de corrientefoldback para un regulador de tensin deVo=5 V que tenga la IFB=1A y laISC=300mA.

P11.6 La figura P11.6 muestra el esquema de unafuente de alimentacin doble basada enregulador de tensin positivo A7805 ynegativo A7905. Determinar la tensin de



R4

D1

D2IN OUT

ADJ

LM317

VZ1

VCVDD

R1

RT

VZ2

R5

D3C3

C2

C1

R3

R2

VDD=20 VVZ1=12 VVZ2=2.5 V

R1=100kWR2=R3=5kWR3=5kWR4=R5=1kW

C1=0.1FC2=1FC3=1F

Figura P11.11

salida Vo1y Vo2. Calcular la amplitud mnimade salida del transformador (Vp) si ambosreguladores tienen un dropoutde 2 V.Dato: Vd=0.7 V.

P11.7 En la figoura P11.7 se presenta un circuitoprctico que utiliza el regulador de tensinLM337 para proporcionar una tensin desalida Vo. Los condensadores C1, C2 y C3eliminan la presencia de rizado y los diodosD1 y D2 son de proteccin del regulador yque en condiciones normales estn a corte.Determinar la tensin de salida de estecircuito.

P11.8 Demostrar que el regulador de tensin de lafigura P11.8 se est comportando como unafuente de intensidad de valor Io.

IN OUT

ADJR1

RL

Vo

ViLM317

Io

R1=200WRL=500W

Figura P11.8

IN OUT

ADJR1

R2

VoViLM317

R1=1kWR2=3kW

Figura P11.9

P11.9 Calcular el valor de Vo del circuito de la figuraP11.9. Determinar el valor mximo de lasresistencias para asegurar la corriente mnimade salida exigida por el LM317.

P11.10El regulador de tensin LM317 del circuito dela figura P11.10 tiene un transistor de potencia

adicional para incrementar la intensidad decarga Io. Obtener la expresin de Io enfuncin de Ia intensidad de entrada Ii de esteregulador. Si el LM317 es capaz deproporcionar una intensidad de salida mximade 0.5 A, determinar el valor de la Io(max).Nota: Despreciar la IADJ frente al resto de lasintensidades.Dato: hFE=30.

IN OUT

ADJR2

R3

LM317

C1 +

Vo

C2+

Vi

RL

Io

C1=1F C2=10FR1=7W , 1W R2=100WR3=300W

R1 Ii

Figura P11.10

P11.11En la figura P11.11 se muestra el circuitoelectrnico de control de un ventilador cuyavelocidad de giro sea dependiente de latemperatura. El control de la temperatura serealiza mediante el termistor RT con un valorde resistencia que se puede expresar mediantela siguiente ecuacin:

RT=T 500W /C+2kW (T en C)

La velocidad de giro del ventilador es variablecon la tensin (VC) en sus terminales , deforma que su velocidad angular expresada enrpm (revoluciones por minuto o nmero devueltas por minuto) viene dada por la siguienteecuacin

Wc=VC 20rpm/V

siendo VC(min)= 5V la tensin mnimanecesaria para que comience a girar.

Para este circuito, se pide:a) Calcular la Wc del ventilador cuando la

temperatura T=25C.b) Temperatura mnima para que el

ventilador comience a girar.

Tema 11


c) Determinar la Wcmxima de giro.



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