Fuentes de alimentación

Lineales

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

TRANSFORMADOR RECTIFICADOR FILTRO

CONVERSIÓN DE ALTERNA A CONTINUA

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

i

Funcionamiento del rectificador

i

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

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

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

Tensión de salida con 240V de entrada y carga al 1%

9,8V

Tensión de salida con 220V de entrada y carga al 50%

7,9V

Tensión de salida con 200V de entrada y carga al 100%

6,3V

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:

rppV

0

cdV

t

SALIDAV

2/T

∫=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

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:

REGULADOR

INDICADOR DE NIVEL DE TENSION DE SALIDA

INDICADOR DE ENCENDIDO

ESTABILIZACIÓN DE LA TENSIÓN

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

af

a

f

Para evaluar el grado de estabilización de la tensión de salida debemos evaluar la Ganancia de Lazo “af”

Se puede calcular o medir con el siguiente esquema:

a

f

vPRUEBA

SALVPRUEBA

SAL

vVfa =−

Redibujamos el circuito para realizar un análisis por realimentación

SALV

SALV

SALF VfV =R11R10

R10f+

=

Análisis por realimentación

Realimentador

+

SALV

SALF VfV =R11R10

R10f+

=

Idealizando el realimentador

f

+

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

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

Regulación de carga

El regulador logrará mantener la tensión de salida en función de la variación de la resistencia de carga

V1 = 12V

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

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

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

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

Mejoramos la polarización de Q2

Regulación de carga

V1 = 7V

Regulación de carga

V1 = 12V

Regulación de carga

V1 = 30V

Regulación de línea

RC = 100Ω

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

EJEMPLO NUMÉRICO

Regulación de carga

Regulación de línea

VREF variable

REFSAL VRR

RR

RRV

+

+=

21

2

10

1011

Limitación de corriente

VSAL

ISAL

13

4POL

BEMAX I

RVI +=

VSAL

ISAL

IMAX

VSAL+ RSICIC

LIM

ONBE4MAX R

VI =

VSAL

IPOL

VSAL MAX

IMAX

(En esta condición T2 queda al corte)

C

B

E

EJEMPLO NUMÉRICO

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?

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

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

EJEMPLO NUMÉRICO

Limitación de corriente por “FoldBack”

Regulador integrado 7805

Diagrama en bloques

Esquema eléctrico

MedicionesSALΔV

t

VOUT

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

TDB0723

Regulador de tensión integrado de precisión

Diagrama en bloques del regulador 723

Conexionado para tensión de salida ≥ VREF

Conexionado para tensión de salida ≤ VREF

Conexionado para tensión de salida de 2 a 37 V

Características eléctricas del 723

Fuente de corriente de precisión

GENERADOR AMPLIFICADOR REALIMENTADOR CARGA

Fuente de corriente de precisión

GENERADOR AMPLIFICADOR

REALIMENTADOR

CARGA

Análisis por realimentación

SALF IRV 7=

SALI

25000AV =

SALF IfV =

7Rf =

𝑉𝑉𝐼𝐼 𝑉𝑉𝑂𝑂 = 𝐴𝐴𝑉𝑉𝑉𝑉𝐼𝐼

GENERADOR AMPLIFICADOR MODIFICADO

REALIMENTADOR IDEALIZADO

CARGA

Análisis por realimentación

SALI𝑉𝑉𝑂𝑂 = 25000 𝑉𝑉𝐼𝐼𝑉𝑉𝐼𝐼

?ZSAL =

117

1SAL VΩ10V

R1V

f1I ==≅

1 Reguladores “Low Dropout”2 Reguladores paralelos

Temas para investigar