Electrnica General

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Electrónica General
LECCIÓN 21
FUENTES DE ALIMENTACIÓN LINEALES REGULADAS
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ENCUADRE Y OBJETIVOS
INGENIERÍA INDUSTRIAL 4º CURSO ELECTRÓNICA
GENERAL
TEMA I INTRODUCCIÓN

• Dispositivos
• electrónicos
• comunes.
• Diodo.
• Transistor.
• Amplificador
• operacional.

• Análisis de
• circuitos
• electrónicos.
• Definición de
• los intervalos
• de funciona-
• miento.

TEMA II TEORÍA DE SEMICONDUCTORES
TEMA III DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES
TEMA IV AMPLIFICACIÓN Y REALIMENTACIÓN
TEMA V AMPLIFICADORES OPERACIONALES
TEMA VI FUENTES DE ALIMENT. LINEALES
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ENCUADRE Y OBJETIVOS
OBJETIVOS

• Justificar la necesidad de fuentes de CC.

• Ofrecer soluciones para implementarlas.
• Identificar las más adecuadas para cada caso.

• Estudiar los bloques que las componen.

• Conseguir que el alumno llegue a diseñarlas.

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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN 2. CIRCUITOS RECTIFICADORES 3.
FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA 3.1. Filtro
por bobina 3.2. Filtro por bobina y
condensador 3.3. Filtro por condensador 4.
REGULACIÓN DE TENSIÓN 4.1. Circuitos reguladores
en bucle abierto 4.2. Circuitos reguladores en
bucle cerrado 4.2.1. Circuito limitador de
corriente 4.2.2. Reguladores ajustables de
múltiples terminales 4.3. Reguladores de tensión
integrados 4.3.1. Reguladores de tensión fija
positiva 4.3.2. Reguladores de tensión fija
negativa
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INTRODUCCIÓN

• Alimentación de circuitería electrónica.
• Tensión continua (5V, 10V, 12V, 15V...)

• Uso de baterías.
• Poca autonomía y coste elevado.

• Red eléctrica.
• Fuente primaria de uso más frecuente.
• Obtener tensión continua a partir de la tensión
  de red

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TRANSFORMADOR RECTIFICADOR

• Convierten la tensión CA en una tensión con
  valor
• medio no nulo.
• Rectificadores ya vistos en lecciones
  anteriores.
• Elección de transformador asociada al
  rectificador elegido.

Transformador

• Varias posibilidades.
• Primario Secundario.
• Toma media en secundario.

Comportamiento ideal.

• Reductor.
• Determinar N1 N2.

• Aislamiento galvánico.
• Protección del usuario.

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TRANSFORMADOR RECTIFICADOR
Rectificadores
Recordatorio de las estructuras ya vistas.
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TRANSFORMADOR RECTIFICADOR
Rectificadores

• Calidad de la tensión de salida.
• Valor medio
• Rizado

r 1,21
r 0,48
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FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA

• Reducir el rizado de la tensión.

• Análisis aplicando principio de superposición.

• Asegurar comportamiento lineal.

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FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA

• Reducir el rizado de la tensión.

• Análisis aplicando principio de superposición.

• Asegurar comportamiento lineal.

• Permitir que la componente continua llegue a la
  carga.

• Quedarse con la componente alterna.

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FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA
Filtro por bobina
Elección del valor de L.

• ZL(ca) gtgt RL.

• iL gt 0.

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FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA
Filtro por bobina y condensador

• Mejora el funcionamiento.
• C contribuye a quedarse
• con la componente ca.

Elección de los valores de L y de C.

• ZC(ca) ltlt RL.

• ZL(ca) gtgt ZC (ca).

• iL gt 0.

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FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA
Filtro por condensador

• Evita el uso de inductancias.

• Pesadas y voluminosas para frecuencias de 50 /
  100Hz.

• Análisis más complejo.

• La evolución de corrientes y tensiones en el
  circuito da lugar a
• instantes en los que los diodos del
  rectificador están inversamente
• polarizados.

? Comportamiento no lineal.

• No es posible aplicar el principio de
  superposición.

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FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA
Filtro por condensador
Funcionamiento
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FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA
Filtro por condensador
Funcionamiento
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FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA
Filtro por condensador
Análisis

• Tensión de salida exponencial y senoidal.

• Un análisis detallado resultaría complicado.

• Simplificación aproximación por onda triangular.

• Considera descarga lineal del condensador.

• Simplifica cálculos.

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FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA
Filtro por condensador
Análisis
Supone descarga del condensador a corriente
constante.

• iC icarga.

?

• El valor Vr es conocido.
• Limitado por especificaciones.

Tomar un condensador superior al valor
calculado.
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FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA
Filtro por condensador
Análisis

• Por qué no se usa el mayor condensador posible?

• Principalmente por evitar un aumento de volumen
  innecesario.

• Además hay que tener en cuenta la influencia del
  valor del
• condensador sobre la corriente que circula
  por los diodos.

C ?
C ?
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REGULACIÓN DE TENSIÓN

• El conjunto rectificador filtro puede
  constituir
• una fuente de alimentación.

• Si la carga no demanda demasiada corriente.

• Sensible a las variaciones de carga y de la
  tensión de entrada.

• Para conseguir más estabilidad en la tensión de
  salida
• es preciso incluir un regulador.

• Regulador en cadena abierta.

• Regulador en cadena cerrada.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena abierta
La tensión ue debe ser siempre mayor que la
tensión us.
La diferencia entre ambas tensiones la soporta
la resistencia R.
Vz

• Interesa que ue no sea
• mucho mayor que us.

• Elección de N2N1.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena abierta

• Límites de funcionamiento del regulador
  propuesto.

• Pueden deducirse a partir del circuito
  equivalente Thèvenin que
• ve el zener.

VTh gt Vz
?
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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena abierta
Otra posibilidad
Q1
FUENTE SIN REGULAR
us
R
RL
ue
Vz
El elemento de control pasa a ser un transistor.
La resistencia R reduce su tamaño.
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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada

• Mantener una tensión de salida constante para
• cualquier valor de carga y tensión de
  entrada.
• Sistema realimentado negativamente para mantener
  una
• tensión de salida constante.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada
Esquema de un regulador de tensión en cadena
cerrada.
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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada
Identificación de los bloques de que consta un
regulador en cadena cerrada.
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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada
Representación alternativa del regulador.

• Amplificador lineal no inversor.
• Q1 permite entregar más
• corriente de salida.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada
A tener en cuenta

• La corriente de base del transistor
• es aportada por el operacional (io).
• Esta corriente debe permitir cubrir
• todo el rango de corrientes de salida.

Relación entre la ganancia del transistor y la
corriente de salida del A.O.
Es posible usar un montaje Darlington.
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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada
El amp. op. está alimentado desde una fuente
no estabilizada.
A tener en cuenta

• Su comporta-
• miento no varía
• con las variacio-
• nes de Vcc.

Hay que asegurar que el amp. op. trabaja en
zona lineal

• uout lt Vcc-2.
• ?

ue gt us2
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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada
A tener en cuenta
Tensión de referencia.

• Circuito muy
• sencillo.

• Eligiendo R
• suficientemente
• elevada se
• evita la influen-
• cia del rizado
• de ue.

• Pueden usarse
• LEDs o diodos
• rectificadores.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada
A tener en cuenta
Circuito de muestreo.

• Circuito muy
• sencillo.

• Valores de R1
• y R2 elevados
• en comparación
• con la carga.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada

• Limitación a corriente constante.
• Si is lt Imáx, se tiene us us(nom).
• Cuando is gt Imáx, us disminuye.

Curva de Regulación

• Cuando Q2 conduce, le roba
• corriente de base a Q1.
• Se limita así el valor de is.
• El valor de Imáx se fija con Rcc.

32
REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada
Esquema completo
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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores en cadena cerrada

• Reguladores ajustables de múltiples terminales.
• Permiten montar una fuente de alimentación
  completa.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores de tensión integrados

• Incluyen todos los elementos de un regulador en
• bucle cerrado.
• Regulador de tensión positiva fija.
• Regulador de tensión negativa fija.
• Regulador de tensión ajustable.

• Protección térmica
• contra sobrecargas.
• Corriente máxima
• depende del tipo
• de encapsulado.
• Condensadores para
• mejorar estabilidad.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores de tensión integrados
Reguladores de tensión fija positiva

• Serie 78XX.
• Los dígitos XX indican la tensión
• de salida.

Tensiones entre 5 y 25V.

• La tensión de entrada debe ser
• superior a la de salida.
• Al menos 2?3 voltios.
• No debe superar los 35V.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores de tensión integrados
Reguladores de tensión fija positiva
Ejemplo
Elegir la relación de espiras del transformador
más adecuada para minimizar la potencia
disipada.

• El condensador C debe asegurar que ue nunca pasa
  por debajo
• del valor mínimo permitido.
• La corriente de descarga es is.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores de tensión integrados
Especificaciones
Tensión de salida (Output Voltage). Valores
típico, mínimo y máximo. Regulación de salida
(Load Regulation). Máxima variación sobre
us. Corriente de salida en cortocircuito
(Short-Circuit Current). Cantidad de
corriente que puede entregar el
regulador. Corriente de salida de pico (Peak
Output Current). Máxima corriente de pico
no repetitivo. Caída de tensión (Dropout
Voltage) Mínimo valor de la diferencia de
tensión entre entrada y salida.
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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores de tensión integrados
Reguladores de tensión fija negativa

• Serie 79XX.
• Análogos a los reguladores positivos de la serie
  78XX.

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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores de tensión integrados
Reguladores de tensión fija negativa
Facilitan la construcción de fuentes de
alimentación simétricas.
Se pueden implementar fuentes simétricas con
78XX. Habría que diseñar dos fuentes
completas.
Usando 79XX se simplifica el diseño.
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REGULACIÓN DE TENSIÓN
Circuitos reguladores de tensión integrados
Reguladores de tensión simétrica
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COMENTARIO

• Otros tipos de fuentes de alimentación.
• Fuentes de alimentación conmutadas.

Fuente Lineal
Sencillas
La diferencia de tensión entre la fuente primaria
y la tensión de salida es absorbida por un
elemento que maneja toda la corriente que
circula hacia la carga
Rendimiento bajo
Trabajan a la frecuencia de red (o al doble de
ésta), por lo que los componentes pasivos que
incorporan (bobinas y condensadores) son grandes.
Requieren pocos componentes y son fáciles de
construir.
No radian ruido
Pesadas y voluminosas
Fuente Conmutada
Complejas
Entre la fuente primaria y la carga se coloca un
inte- rruptor y un filtro pasivo. En el
interruptor nunca están presentes a la vez
tensión y corriente.
El diseño de las fuentes de alimentación
conmutadas es complicado, sobre todo en lo que
se refiere a su lazo de regulación.
Trabajan a frecuencias elevadas (decenas o
cientos de kilohertzios), lo que permite usar
bobinas y con- densadores pequeños.
Alto rendimiento
Ruidosas
Pequeñas y ligeras
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RESUMEN
1. Ante la necesidad de alimentar los circuitos
electrónicos con tensión conti- nua, se
plantea la obtener esta tensión a partir de la
red eléctrica.
2. Las fuentes de alimentación lineales constan
de un rectificador (con su transformador
correspondiente), un filtro pasivo y, en la
mayoría de los casos, un regulador de
tensión.
3. En la mayoría de los casos se usa un filtro
por condensador por el poco espacio que
ocupa en comparación con los que incorporan
bobinas.
4. Los reguladores de tensión se encargan de
asegurar que la tensión de salida se
mantiene constante independientemente de las
variaciones de carga y/o tensión de
entrada que puedan surgir.
5. Existen reguladores integrados que simplifican
la construcción de las fuentes de
alimentación lineales.
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Electrónica General
LECCIÓN 21
FUENTES DE ALIMENTACIÓN LINEALES REGULADAS