Dispositivos Electrónicos - Novillo Carlos - Capítulo 2

FUENTES DE VOLTAJE DC

y

Rectificador Rectificador de Media-Onda [M-O]

FIGURA

2.1

Rectificador de Onda-Completa [O-C]

FIGURA

Carlos Novillo Montero

2.2

Can

 

FUENTES D E VO LTA JE D C

- 94 -

Aunque Aunq ue los rectif re ctificad icadores, ores, de media-onda media-onda y de onda-completa, onda-completa, producen un voltaje continuo en la carga, no serían aceptables como fuentes de polarización en muchos dispositivos electrónicos debido a que la señal rectificada rectificada también tiene tiene compone co mponentes ntes alterna alt ernas. s. Estas componentes componentes alternas actúan como señales extrañas y enmascaran a las señales verdaderas. Por ejemplo, en un amplificador de audio, tal fuente de polarización produciría produci ría un zumbido apreciable. Para reducir este zumbido se utilizan circuitos filtro. especificar Factor de Rizado.- Un criterio que se emplea a menudo para especificar la cantidad de voltaje alterno presente en la salida de una fuente de polarización es el factor de rizado ã, que se define como

Para los rectificadores rectificador es sin filtro, el factor de rizado se obtiene mediante la siguiente ecuación.

Entonces, al reemplazar los valores obtenidos para la rectificación de media-onda en la ecuación definida para el factor de rizado, se tiene

Este es un valor muy alto. En muchos dispositivos electrónicos, ã debe ser alrededor de 0,001 [0,1%]. El factor de rizado para el rectificador de onda-completa es

Eficacia de Rectificación.- Otro parámetro de interés es la eficacia de rectificación Carlos Novillo Montero

ç

, que se la define como

r 

Can

 

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- 95 -

Para el rectificador de media-onda media -onda se tiene que la potencia disipada en el diodo es

, donde

, entonces,

al sustituir los valores para el rectificador rectificador de media onda , se obtiene

Por tanto, la máxima eficacia de rectificación del rectificador de media-onda sin filtro es 40.5%. Para el rectificador de onda-completa se tiene lo siguiente. La potencia total en los diodos es

,

entonces,

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Can

 

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La eficacia de rectificación para onda completa es

Fuentes Fuen tes de Voltaje DC con Filtro Filtro C [No Regu ladas] .- El factor de rizado de un circuito rectificador rectificad or es bastante alto. Un filtro para la fuente de polarización reduce las componentes alternas. Un circuito filtro para fuente de polarización típico se muestra, en la fig. 2.3. V  in es el voltaje de salida del rectificador y V  L es el voltaje de salida del filtro. Las característi características cas del filtro filtro deben ser tales que la componente continua de V  in no se vea afectada por el filtro, mientras que las componentes alternas de V  in sean atenuadas por él.

FIGURA

2.3

Los elementos en serie del filtro deben presentar una impedancia alta a las componentes alternas, mientras que los elementos en paralelo deben presentar una impedancia baja a estas componentes. Para las componentes continuas debe verificarse lo contrario.

Filtro con Capacitor de Entrada .- La fig. 2.4 muestra un circuito que incluye un rectificador de media onda y un filtro con capacitor. El funcionamiento funcionamiento de este tipo de filtro se basa en el hecho de que el capacitor almacena energía durante dura nte el tiempo en que el diodo conduce y en que entrega esta energía a la carga, durante el tiempo en que el diodo no conduce. cond uce. De esta forma, se prolonga el tiempo durante el cual circula corriente por la carga y disminuye notablemente el rizado.

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Can

 

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FIGURA

2.4

Filtro C para el Rectificador de Media-Onda .- Cuando R  L 

ý

4 [salida en

circuito abierto (en vacío)], el capacitor se carga hasta el valor pico de la señal de entrada al filtro y se mantiene en este valor ya que no hay ningún camino por el que pueda descargarse, fig. 2.5. En consecuencia, la acción del filtro filt ro es perfecta y el voltaje del capacitor constante e igual a V  . V  C permanece constante m 

FIGURA

2.5

4 [valor finito]. Inicialmente el capacitor también se Cuando R  L  carga al valor pico pi co de la señal señal de entrada al filtro, pero posteriormenpo steriormente, cuando el diodo deja de conducir, se descarga a través de RL, puesto que el diodo se polariza inversamente e impide el paso de corriente en sentido negativo.

FIGURA

2.6

El diodo conduce condu ce [cargando al capacitor] capacitor] mientras mientr as el voltaje de entrada entr ada es mayor que el del capacitor, es decir entre ö1 y ö2, fig. 2.6. Y deja de conducir mientras el voltaje de entrada sea menor que el voltaje en el capacitor, produciéndose la descarga descarga de éste a través de RL; esto sucede entre ö2 y 2ð + ö1, en el gráfico. En la fig. 2.6 se observa que el volta voltaje je en la la carga carga [VO = V L = V C] puede puede expresar expresarse se por por medio medio Carlos Novillo Montero

Can

 

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de la siguiente ecuación.

Esta onda se repite periódicamente. Como se observa en la fig. 2.7, en el circuito hay tres corrientes: cor rientes: id, iC, il.

FIGURA

2.7

Corriente en la carga

Corriente en el capacitor Corriente en el diodo resis tiva, la Corriente en la Carga RL.- Puesto que la carga es puramente resistiva, corriente iL tiene la misma forma de onda que el voltaje de carga. Entonces, la ecuación de la corriente de carga será

La fig. 2.8 muestra la forma de onda de la corriente en la carga.

FIGURA

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2.8

Can

 

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Corriente en el Capacitor :

FIGURA

2.9

Corriente en el Diodo [IC + IL]

FIGURA

2.10

De la ecuación anterior se deduce que la corriente máxima que circulará por el diodo, que ocurre cuando ùt = ö1, [fig. 2.10], está dada por

(1)

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Can

 

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La fig. 2.11 muestra en un solo gráfico las tres corrientes juntas. jun tas.

FIGURA

2.11

Cálculo de la Componente DC en la Carga.- Para este propósito, la curva real de V  L, se aproxima a una onda diente de sierra con período T, como se muestra en la fig. 2.12. De ella se deduce que

FIGURA

2.12

(2)

Donde V  r  es el voltaje de rizado pico-a-pico. Se sabe que QC = C x VC

y tamb tambié ién n

QC = t

x

IC

al igualar estas ecuaciones se tiene que C

x

VC = t

x

IC

De la onda aproximada se deduce que VC = Vr

[voltaje de descarga del capacitor]

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Can

 

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de descarga del del capacitor capacitor a través de de R L] IC = IDC,L [Corriente de t = T [Tiempo durante el cual se descarga el capacitor] Por tanto

Debido a que

, se tiene que

(3)

Que al reemplazar en la ec. (2), da

(4)

de modo que

(5)

El valor RMS para una onda diente de sierra está dado por (6) de aquí, se obtiene

(7)

Puesto que el factor de rizado se define como ã = VRMS,L/VDC,L, de (7), para el rectificador de media onda con filtro C se tiene

(8)

Cálculo de la Corriente Pico en el Diodo .- Para calcular la corriente pico del diodo, se debe determinar determ inar el valor de Carlos Novillo Montero

ö1,

que puede obtenerse Can

 

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de forma aproximada, suponiendo supon iendo que el diodo empieza a conducir cuando . V  L = Vm - V  r  Ento Entonc nces es, , VL = Vm sen ö1 = Vm - Vr

(9)

Al reemplazar la ec. (5) en la ec. (3) se tiene

(10)

Sustituyendo el valor de V  r  en la ec. (9) y despejando se tiene

(11)

Una vez determinado ö1, se reemplaza en la ec. (1) para determinar la corriente pico en el diodo. Si se aumenta el valor de RLCf  , el valor de V  factor factor de rizado rizado disminuye dismin uye y la corriente DC,L se aproxima más a V  m, el   pico en el diodo aumenta. Un resumen de las ecuaciones para el rectificador de media-onda con filtro C se muestra en la siguiente tabla.

[Para calculadora]

Ejemplo.- Un rectificador de media onda con filtro con capacitor tiene los siguientes parámetros: parámetros : transformador con una relación de espiras Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 103 -

N1:N  2 = 13:1, V  Lin =120VRMS f  = 60Hz, RL = 330 Ù, C  = 680 ìF. Determinar V  DC,L; I  DC,L; ã; ö1, I  M,D, V  r y ö 2.

Solución:

VPS = Vm = 15,99V 15,99V - 0,6V = 15,39V 15,39V

Entonces,

, es decir,

, por tanto,

,

,

Para propósitos prácticos, puede considerars considerarse e que ö2 . 90°. Por tanto, en la mayoría de aplicaciones no es necesario el cálculo de ö2.

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- 104 -

Si: V  6,3VRMS [11,6V; 16,2 16,2V] V], , f = 60Hz, RL = 820Ù [250Ù; 100Ù], PS  = 6, C = 470ìF [750ìF; 1200ìF]. Determinar V  DC,L; I  DC,L; ã; ö1, I  M,D, V  r y ö 2.

Rectificador de Onda Completa .- Los resultados son similares a los del rectificador de media onda. El voltaje más aproximado a la salida del filtro para el rectificador rectificad or de onda completa complet a se muestra en la fig. 2.13, el período es la mitad del de la señal de la red. Es decir, al rectificador rectificador de onda onda completa completa se le pueden aplicar apli car las la s mismas mism as relaciones re laciones que para el rectificador de media onda si se sustituye f por 2f  .

FIGURA

2.13

La corriente pico del diodo se halla, de nuevo, sustituyendo ö1 en (1). Para el cálcul cálculo o de I M,D, para para el recti rectifica ficador dor de de onda onda complet completa a con filtro capacitivo, se debe considerar ù = 2ð x 60Hz, por cuanto el período de conducción de los diodos es 60Hz y no 120Hz.

(12),

(13),

(14),

(15),

(16)

Ejemplo.- Un rectificador de onda completa, tipo puente, con filtro con capacitor tiene los siguientes parámetros: parámetros : transformador con una relación de espiras N1:N  2 = 13:1, V  Lin =120VRMS f  = 60Hz, R L = 330 Ù, C  = 680ìF. Determinar V  DC,L; I  DC,L;

Carlos Novillo Montero

ã; ö1, I  M,D, V  r

y

ö2.

Can

 

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Solución:

VPS = Vm = 15,99V 15,99V - 1,2V = 14,79V 14,79V

Entonces,

, es decir,

,

por tanto,

,

,

Fácilmente puede verse que la respuesta mejora notablemente cuando se utiliza un rectificador de onda completa y filtro capacitivo; sin embrago, el ángulo ö2, es igual al anteriormente calculado. Si: V  6,3V VRMS [11,6 11,6V; V; 16,2V 6,2V], ], f = 60Hz, RL = 820Ù PS  = 6,3 [250Ù; 100Ù], C = 470ìF [750ìF; 1200ìF]. Determinar V  DC,L; I  DC,L; ã; ö1, I  M,D, V  r y ö2.

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Diseño de Fuentes de Voltaje DC no Reguladas.- Cuando se diseña una fuente de polarización (fuente de voltaje DC), generalmente, generalmente , se especifican los valores de VDC,L, IDC,L, RL y ã, y se calculan los valores de Vm y C. Esto puede hacerse para el rectificador de media onda resolviendo simultáneamente (5) y (8). De donde

Si en (17) se utiliza el signo mayor que, se debe emplear el valor real de ã en (18). [Si se especifica el valor en que se permite variar a V  DC,L cuando I  DC,L varía entre límites dados, (4) puede especificar en realidad el valor mínimo de C]. Para el rectificador de onda completa, las ecuaciones de diseño son

y se utiliza (19) para determinar el valor mínimo de C si se especifica la regulación de voltaje. Obsérvese que el valor de C que se requiere cuando se utiliza el rectificador de onda completa sólo es la mitad del requerido requerido en el rectificador de media med ia onda. Los valores valor es de C oscilan entre 10ìF y varios cientos de ìF. Generalmente se emplean capacitores electrolíticos. EN ESTE ANÁLISIS ANÁLISIS SE HA DESPRECIADO LA CAÍDA DE VOLTAJE EN LA RESISTENCIA DIRECTA DEL DIODO. EL EFECTO PRINCIPAL D E ES E S TA T A C AÍ A Í D A D E VO VO L TA TA J E E S RE RE D UC UC IR IR E L V AL AL O R D E V D C , L .

Diseñ ar una fuente de polarizaci polarización ón [fuente [fuente de voltaje Ejemplo de Diseño.- Diseñar DC] utilizando un rectificador rectificador de onda completa tipo toma central y filtro filtro C, que satisf satisfaga aga las siguie siguiente ntes s condi condicio ciones nes: : V DC,L = 15V; 15V; I DC,L = 200mA y ãL= 5%. Determinar los valores de V m, C. ¿Cuál es la corriente corriente pico de los diodos? Asumir diodos de silicio.

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FIGURA

2.14

De los datos datos se tiene tiene que R L = 15V/200mA 15V/200mA = 75 Ù Se sabe que

, por tanto,

,

entonces

, de ahí que

de modo odo que IM,D = 2,48A ,48A

VPI VPI . 33,8V

[10,6/1]

VDC,L = 9V, IDC,L = 200mA, ã = 7,5%; VDC,L = 6V, IDC,L = 150mA, ã = 5%; VDC,L = 12V, IDC,L = 250mA, ã = 8%; determinar: determinar: Vm, C y la corriente máxima máxima en los diodos.

El Diodo Zéner ..-

La mayor área de aplicación de los diodos zéner

es la regulación de voltaje en fuentes DC. En esta sección, se verá cómo el zéner mantiene aproximadamente constante el voltaje DC bajo condiciones apropiadas de operación. Se estudiarán las condiciones y limitaciones para el uso apropiado del diodo zéner y los factores que afectan su comportamiento. comportamiento. Carlos Novillo Montero

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FIGURA 2.15

El símbolo para el diodo zéner se muestra en la fig. 2.15. El diodo zéner es un dispositivo de juntura PN que difier difiere e del diodo rectificador rectificado r porque está diseñado para operar en la región de ruptura ruptu ra inversa. El voltaje de ruptura de un diodo zéner está está determinado mediante un control cont rol cuidadoso del nivel de dopaje durante la fabricación. En la curva característica del diodo, se observa que cuando alcanza la ruptura inversa, su voltaje se mantiene casi constante aun cuando la corriente cambia drásticamente. drásticamente.

FIGURA 2.16 REGIÓN DE TRABAJO DEL RECTIFICADOR RECTIFICADOR

Las curvas características de las figs. 2.16 y 2.17 muestran las regiones de operación operació n normal para el diodo rectificador y para el diodo zéner respectivamente. respectivam ente. Si a un diodo zéner se lo polariza directamente, su operación es la misma que la de un diodo rectificador.

FIGURA

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2.17

REGIÓN DE TRABAJO DEL ZÉNER

Can

 

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.- Los Diodos zéner zéner están diseñados para par a operar opera r en ruptura rupt ura Ruptura Zéner .inversa. En un diodo zéner existen dos tipos de ruptura inversa: avalancha y zéner. La ruptura por avalancha ocurre en los diodos rectificadores y en los diodos zéner a un voltaje inverso suficientemente alto. La ruptura zéner ocurre en los diodos zéner a voltajes inversos bajos. Un diodo zéner es altamente dopado para reducir reduci r el voltaje de ruptura. Esto produce una barrera de potencial muy delgada. Como resultado de ello, dentro de la barrera barrer a de potencial existe un campo eléctrico muy muy grande. Cerca del voltaje de ruptura ruptura zéner (V Z), el campo es suficientemente alto para para sacar los electrones electro nes de d e su banda de valencia y crear corriente. Los diodos zéner con voltajes de ruptura menores de aproximadamente aproximadamente 6V operan predominantemente en la ruptura zéner. Aquellos con voltajes de ruptura mayores que aproximadamente 6V, operan predominantemente en ruptura por avalancha. Sin embargo, embargo , a ambos tipos se los denomina diodos zéner. Los zéner comerciales disponibles tienen voltajes de ruptura desde 1,8V hasta 200V, con tolerancias desde 1% hasta 20%. 2.18 muestra la región polarización polariz ación Característica de Ruptura .- La fig. 2.18 inversa de las curvas características del diodo zéner.

FIGURA

2.18

Se nota que conforme conforme aumenta aumenta el voltaje inverso inverso (V R) la corriente inversa (IR) se mantiene muy pequeña hasta hasta el “codo” “codo” de la curva. A la corriente inversa también se la conoce como corriente zéner; la resistencia interna del zéner, zéner, también llamada llamada impedancia impedancia zéner (Z Z) empieza a decrecer mientras la corriente inversa se incrementa rápidamente. Desde Desd e la parte inferior del codo, el voltaje de ruptura zéner (VZ) permanece casi casi constante [a [aunque unque se increm incrementa enta ligeramente] ligeramente] conforme aumenta la corriente corriente zéner zéner (I Z). .- La habilidad para mantener constante el voltaje Regulación Regulación Zéner .Carlos Novillo Montero

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a través de sus terminales, es la característica clave del diodo zéner. Un diodo zéner que opera en la región de ruptura es un regulador de voltaje porque mantiene aproximadamente un voltaje constante entre sus terminales, dentro de un rango específico de valores de corriente inversa. Para mantener al diodo en ruptura, para regulación de voltaje, se requiere requiere una una corrien corriente te inversa inversa mínima mínima (IZK). En la curva curva se puede puede ver que cuando se reduce la corriente inversa, por debajo de bajo del codo de la curva, el voltaje cambia drásticamente y se pierde la regulación. También hay una corrient corriente e máxima, máxima, I M,Z, por encima encima de de la cual puede puede dañars dañarse e el diodo debido al exceso de disipación de energía. Así, básicamente, el diodo zéner mantiene un voltaje aproximadamente constante a través de sus terminales para valores de corriente inversa que varía desde IZK hast hasta a IZM. Un Un vol volta taje je zén zéner er nomi nomina nal, l, V ZT, gen gener eral alme ment nte e esp espec ecif ific icad ado o en la hoja de datos dato s a un valor valor de corriente inversa denominada denomi nada corriente zéne zéner r de de pru prueb eba, a, I ZT. .- La fig. 2.19 a) muestra muestr a el modelo de Circuito Equivalente del Zéner .un zéner ideal en ruptura inversa. Tiene una caída de voltaje constante igual al voltaje zéner nominal.

FIGURA

2.19

Esta caída de voltaje constante está representada por una fuente de voltaje DC. El diodo zéner en realidad no genera un voltaje fem. La fuente DC, simplemente indica indi ca que el efecto de ruptura inversa es un voltaje constante const ante a través de los terminales del zéner. La fig. 2.19 b) representa el modelo mode lo práctico de un diodo zéner, en el que se incluye la impedancia zéner. Puesto que la curva de voltaje no es idealmente vertical, vertical, un cambio en la corriente c orriente zéner, ÄIZ, produce produce un pequeñ pequeño o cambio cambio de voltaje zéner, ÄVZ, como se muestra en la fig. 2.20. La relación relación de ÄVZ a ÄIZ, es la impeda im pedancia ncia como como se especif especifica ica en la siguie siguiente nte ecuación.

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FIGURA

2.20

Normalme Normalmente, nte, Z Z se especi especifica fica para I ZT, la corrient corriente e de prueba prueba y se la designa designa como como ZZT. En la mayoría mayoría de de los casos, casos, se puede puede asumir asumir que ZZ es constante en todo el rango lineal lineal de valores valores de corriente corriente zéner y que es puramente resistiva. exhibe un cierto cierto cambio en V Z para un cierto cierto Ejemplo.- Un diodo zéner exhibe cambio de IZ en una parte lineal de la curva característica característica entre entre I ZK e IZM como como se mues muestra tra en en la fig. fig. 2.20 2.20, , donde donde ÄVZ = 17 17mV y ÄIZ = 11 11mA. mA. ¿Cuál es la impedancia del zéner?

.- En los circuitos electrónicos Circuitos Equivale Equivalentes ntes para el e l Diodo Zéner  Zé ner .que utilizan diodos zéner, primero debe determinarse el estado del zéner para para luego sustituirlo por p or un modelo apropiado, para poder deducir deducir las otras cantidades deseadas de la red.

FIGURA

2.21

Los modelos para el zéner en conducción se muestran en las figs. 2.21 b) y c) para el zéner “real” e “ideal” respectivamente. resp ectivamente. La fig. 2.21 e) es el modelo cuando el zéner no conduce, definido por un voltaje VZ > V > 0V, con con la polaridad polaridad indicada indicada en la misma misma figura.

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- 112 AL DIODO ZÉNER SE NO LO LO UTILIZA UTILIZA COM O DIODO COMÚN, SIEMPRE EN SU CONDICIÓN ZÉNER.

 APLICACIONES DEL ZÉNER.- El análisis de los circuitos que utilizan diodos zéner es similar al aplicado en el análisis de los diodos semiconductores semiconducto res estudiados anteriormente. Lo primero que hay que hacer es determinar el estado del zéner, seguidamente se lo sustituye por el modelo apropiado y se determinan las otras cantidades desconocidas de la red. Pueden presentarse los siguientes casos. 1er CASO: V  in y R L  - Constantes

FIGURA 2.22 REGULADOR ZÉNER BÁSICO

FIGURA 2.23 CIRCUITO PARA DETERMINAR EL VALOR DE V L

Hay que calcular el voltaje en la carga, para eso se considera que no existe el diodo zéner, por lo que se utiliza el método del divisor de voltaje.

[sin el zéner]

Una vez que se conoce la situación del zéner se lo sustituye con su circuito equivalente y se calculan los parámetros deseados. Entonces, si V < VZ, el diodo no está conduciendo, conduciendo, y su equivalente es un circuito abierto, abie rto, como en la fig. 2.23; pero pero si s i V $ VZ, el diodo diodo está está en condu conducció cción n y se lo sustituye sustituye por su fuente fuente DC equivalente de de valor V Z, como en la fig. 2.24.

FIGURA #

2.24

Cuando el voltaje de entrada entr ada es mayor que el requerido para poner al zéner en su estado de conducción, el voltaje de la carga se

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Can

 

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#

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mantendr mantendrá á en V Z voltios. voltios. Cuando el zéner se utiliza como voltaje de referencia, proporciona un nivel para compararlo con otros voltajes. En cuyo cuyo caso caso VL = V Z, de dond donde e se tien tiene e que que

La potencia disipada disi pada en el zéner debe ser menor que la potencia máxima que puede puede disipa disipar r el zéner, zéner, PM,Z, especif especificad icada a por el fabrica fabricante. nte. Es decir

Esto significa que la corriente que debe circular por el zéner en conduc conducció ción n debe debe ser meno menor r que IZ-M dada dada por por el fabri fabrican cante. te. LOS DIODOS ZÉNER SE UTILIZAN UTILIZAN CON M AYOR FRECUENCIA EN REDES DE REGULACIÓN O COMO VOLTAJES DE REFERENCIA.

Para el circuit circuito o con zéner zéner de de la fig. fig. 2.25, 2.25, donde donde V in = 17V; 17V; Ejemplo.- Para RS = 100Ù, RL = 120Ù; VZ = 12 12V; PM,Z = 650mW. Determinar: a) V L, V RS, I Z y PZ. b) b) rep repet etir ir para para R S = 56 56 Ù y RL = 220Ù.

FIGURA

2.25

Cálculo del voltaje de carga sin el zéner,

de donde

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Can

 

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Puesto Puesto que VL = 9,27V 9,27V < V Z = 12V, enton entonces, ces, el el zéner zéner no conduce conduce y su su equivalente es un circuito abierto [fig. 2.26], por tanto

FIGURA

2.26

VL = 9, 9,27V 27V VRS = 17V 17V - 9,2 9,27V 7V = 7,7 7,73V 3V IZ = 0mA PZ = 0mW

b) cua cuand ndo o RS = 56Ù y RL = 220Ù. Cálculo del voltaje de carga sin el zéner,

FIGURA

2.27

Debido Debido a que VL = 13,55V 13,55V > V Z = 12V, 12V, el zéner zéner está en conducc conducción ión y su circuito equivalente equivalente es una fuente fuente DC de 12V en en paralelo con con R L como se muestra en la fig. 2.27, esto fija el voltaje de la carga a 12V, por tanto, VL = 12 12V, y VRS = 17V 17V - 12V 12V = 5V 5V y

IZ = 89,29mA 89,29mA - 54,54mA 54,54mA = 34,74mA 34,74mA, , así mismo, mismo, Carlos Novillo Montero

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PZ = 12V x 34,74mA = 417mW, que es menor que la máxima disipación de potencia que soporta el zéner. Vin = 15V, VZ = 9V, R S = 22 Ù, RL = 68Ù; Vin = 13V, VZ = 7,5V, R S = 15 Ù, RL = 47Ù; Vin = 22V, VZ = 15V, R S = 18 Ù, RL = 56Ù. Det Deter ermi mina nar: r: VL, IL, IZ, PZ. 2do C A S O : Vin - Constente, R L  -  Variable

FIGURA

2.28

En este caso caso IS se mantiene mantiene consta constante. nte.

Por causa del voltaje zéner, zéner, hay un rango para el cual cual R L [y por tanto para la corriente de carga] asegura que el zéner permanecerá perman ecerá en estado de conducció conducción. n. Una RL demasiad demasiado o pequeña pequeña produc producirá irá un voltaj voltaje e V L menor menor que VZ y el zéner pasará pasará al estado estado de de corte corte [abierto [abierto]. ]. Una R L demasiad demasiado o grande grande podría podría hacer hacer que que la corrien corriente te del zéner zéner sea sea mayor mayor que I ZM. mínima implic implica a IL máxima máxima e I Z mínima mínima, , que que ocurr ocurre e Cálcul Cálculo o de R L Mínima Mínima .- RL mínima cuando VL = VZ. IL = IS - IZ de donde IL,max = IS - I Z,min

e

[I Z,min = I ZK . 0mA]

[constante]

en el caso ideal I Z,min . 0, entonces, IL,max = IS, por tanto

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, de donde

Cálcul Cálculo o de de RL Máxima.- RL máxima máxima impli implica ca IL mínima mínima e I Z máxima máxima. . Así Así mismo mismo, , I L = IS - I Z de donde IL,min = IS - I Z,max

[constante]

e

entonces,

Ejemplo.- Para el circuito de la fig. 2.29 determinar el rango de R L y de I L para que el el zéner zéner se mante mantenga nga en en conducc conducción. ión. Asuma Asuma que R S = 47Ù, VZ = 9V, PZM = 750mW, V in = 16V.

FIGURA

Solución.-

2.29

[constante]

y

ento entonc nces es, , IL,min = 148, 148,94 94mA mA - 83,3 83,33m 3mA A = 65,6 65,6mA mA por tanto, Entonces Carlos Novillo Montero

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- 117 -

que serían los límites teóricos, los valores normalizados serían

RS = 100Ù, VZ = 12V, PZM = 1,5W, V in = 20V; R S = 56 Ù, VZ = 9V, PZM = 2,5W, Vin = 15V; RS = 33Ù, VZ = 6V, 6V, PZM = 1,2 1,25W 5W, , Vin = 12V 12V. . Det Deter ermi mina nar r el el ran rango go de valores de RL para que el zéner se mantenga mantenga en conducción. conducción. 3er C A S O : Vin -  Variable , R L  - Constante Cuando RL se mantiene fija, fija, la corriente corriente de carga también también es constante. constante. Entonces Entonces Vin debe tener tener un valor tan tan grande grande como como para para mantener mantener la conducc conducción ión del zéner. Es decir, se debe determinar V in -m in y V in-max para que el zéner trabaje en la región de regulación.

FIGURA

IS,min = IL + IZ,min,

pe pero

2.30

I Z,min . 0mA, IS,min . IL

al igualar las ecuaciones y despejando V in,min

Para Para dete determ rmin inar ar Vin-max, hay hay que que rec recor orda dar r que que I L es cons consta tant nte, e, lo que que pue puede de Carlos Novillo Montero

Can

 

FUENTES D E VO LTA JE D C

- 118 -

variar variar es IS e IZ. De manera manera que que IS será máxima máxima cuand cuando o por por el zéner zéner circu circule le la máxima corriente, entonces

IS,max = IL + IZ,max, donde

por tanto

Ejemplo.- Diseñar un regulador de voltaje que mantenga una salida de 12V constante en una carga de 200 Ù. La entrada varía entre 15V y 25V. Determinar el va valor ad adecuado de de RS y la la co corriente Iz,max.

Solución.-

[constante]

VS,min = 15V - 12V = 3V en el peor de los casos, I Z,min . 0, por tanto IS,min = IL = 60mA. Entonces , el valor normalizado es

, además

VS,max = 25V - 12V = 13V, por lo que , de dond onde IZ,max = 276,6 76,6mA mA - 60mA 0mA = 216 216,6mA ,6mA La potencia máxima que disiparía el zéner, sería PZ,max = 12V X  216,6mA = 3,32W. El factor factor de rizado, rizado, antes antes del regulador re gulador se calcula de la siguiente siguie nte manera. La componente DC a la entrada es

, y el voltaje de rizado Vr = 15V - 25V = 1 10V. 0V. Por tanto, , entonces,

Carlos Novillo Montero

Can

 

FUENTES D E VO LTA JE D C

- 119 -

Ahora, Ahora, si si se asume asume r Z = 1,25 1,25 Ù, se puede calcular el factor de rizado en la carga. Para esto ÄVin = 10V 10V, , por por tant tanto, o,

de donde,

por tanto,

FIGURA

2.31

Ejemplo.- Para la fuente de voltaje DC, regulada con zéner, que qu e se muestra en la fig. 2.31, determinar el rango de voltaje de entrada [V in,min - V in,max] que puede aplicarse al circuito, cuya carga varía entre 50 Ù y 470Ù; asumir RS = 22Ù. Datos del zéner: V Z = 9V; P Z,max = 2,5W.

Solución.- Vin,min = IS,min x RS + VZ donde

,

aproximadamente

por tanto, Vin,min = 180mA

Carlos Novillo Montero

X

22Ù + 9V = 12,96V

Can

 

FUENTES D E VO LTA JE D C

- 120 -

FIGURA

2.32

, donde

por tanto

entonces Vin,max = 241,4mA

x

25Ù + 9V

de donde el circuito circuito de la fig. fig. 2.33 2.33 se tienen tienen los los siguien siguientes tes datos: datos: Ejemplo.- Para el RS = 10Ù; VZ = 10 10V; r Z = 1,2 1,2 Ù; RL = 39Ù. Si Vin varía varía entr entre e 12,65 12,65V V y 14,2V, 14,2V, calcular: IS,min, IS,max, PZ,max, ãC [en el capacitor], ãL [en la carga].

,

A

,

FIGURA

IS,min = 265mA

A

IS,max = 429mA

2.33

, entonces: Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 121 -

IZ,min = 265 265mA mA - 256 256,4 ,41m 1mA A = 8,59 8,59mA mA [el [el zén zéner er regu regula la] ] IZ,max = 420mA - 256,41mA = 163,59mA PZ,max = 163,59mA X  10V = 1,64W De los datos se tiene que ÄVin = 14, 14,2V 2V - 12,6 12,65V 5V = 1,55 1,55V V = V rC

[en el capacitor]

además rZ2RL = 1,2Ù239Ù . 1,16Ù. Por tanto,

, que corresponde al voltaje de rizado en la carga

entonces:

.

20V # Vin # 30V, 30V, RL = 150 150Ù, VDC,L = 15V; 20V # Vi n # 30V, 30V, RL = 150 150Ù, VDC,L = 15V; 20V # Vin # 30V, 30V, RL = 150 150Ù, VDC,L = 15V. Determinar: R S y P M,Z. V Z = 12V, 12V, RS = 27 27Ù, RL = 68Ù, PM,Z = 750mW, determinar: V in,min y V in,max. fi g. 2.34, los diodos son de silicio. Ejemplo.- Analizar el circuito de la fig.

FIGURA

Donde: C = 2200ìf RS = 15Ù VZ = 12V

2.34

N1:N :N2 = 7:1 RL = 47Ù rZ = 2,5 Ù

Determinar: Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 122 -

IDC,L [Corr Corrie ient nte e DC en la carg carga] a] Vr,C [Vol [Volta taje je de riza rizado do sobr sobre e el capa capaci cito tor] r] [factor de rizado en el capacitor] ãC Vr,L [Vol [Volta taje je de riza rizado do en la carg carga] a] ãL

[Factor de rizado en la carga]

Solución .- VO = VDC,L = VZ = 12V, entonces

La resi resiste stenci ncia a de “carga “carga = R siguiente manera.

” que que ve el capa capacit citor, or, se calc calcula ula de la

L,C

RL,C = RS + rZ2RL ento entonc nces es RL,C = 15Ù + 2,5Ù247Ù = 17,37Ù El voltaje VS, en el secundario secundario del transformador transformador es:

, de donde

De modo que el voltaje voltaje V m, sobre el capacitor capacitor [diodos de silicio] silicio] es Vm = 23,23V 23,23V - 1,2V = 22,03V 22,03V Por Por tant tanto, o, la com compo pone nent nte e DC en el cap capac acit itor or [V CD,C] es: es:

y

El factor de rizado en el capacitor, es

Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 123 -

[ãC = 6,3%]

[ãL = 1,42%]

Ejemplo.- Diseñar una fuente de voltaje DC, empleando un rectificador de onda completa tipo-puente [diodos [diodo s de silicio], filtro C y regulador Zéner, que que sat satis isfa faga ga las las sig sigui uien ente tes s con condi dici cion ones es: : V DC,L = 9V; 9V; I DC,L = 250 250mA mA, , asu asumi mir r que ãC = 7,5% [sobre [sobre el capacit capacitor]. or]. Calcu Calcular lar los valor valores es de V PS [a la salid salida a del secundario del transformador], R S, C, I max,Z, P max,Z y ãL en la carga [para esto, esto, asuma asuma que que rz = 1,2Ù].

FIGURA

2.35

Como o el el volt voltaj aje e míni mínimo mo del del riza rizado do [V C,min] tien tiene e que que ser ser may mayor or que que Solución.- Com el voltaje DC en la carga [9V], como se indica en al fig. 2.36; se asumirá un valor: VC,min = 11,65V. Así mismo VrC = VC,max - VC,min

FIGURA

2.36

donde VrC = volt voltaj aje e de riza rizado do sobr sobre e el capa capaci cito tor r Carlos Novillo Montero

Can

 

FUENTES D E VO LTA JE D C

- 124 -

VC,max = volt voltaj aje e pico pico sobre obre el capa capac citor itor VC,mim = vol volta taje je míni mínimo mo sobr sobre e el el cap capac acit itor or = 12V 12V También se sabe que

donde ãC = 0,075, entonces

resolviendo

VC,max = 15,13V.

IS,min . IL = 250 250m mA VS,min = 11,65V - 9V = 2,65V, por tanto

se escoge escoge

, porque porque con una R S = 12 Ù la corriente mínima, que circula

por RS no será suficiente suficiente para para que el zéner zéner regule.

, de aquí, IZ,max = 613mA - 250mA, PZ,max = 363mA x 9V = 3,27W,

En caso caso de que que RL se abrier abriera, a, IZ,max = 613mA PZ,max = 613mA x 9V = 5,5W

También se sabe que dond donde e VDC,C = comp compon onen ente te con conti tinu nua a sobr sobre e el el capa capaci cito tor r Vr,C = vo voltaj ltaje e de de riz rizad ado o so sobre bre el el ca capaci pacito tor r RL,C = re resis sistenc tencia ia de “c “carga arga” ” qu que ve ve el el ca capacit acitor or Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 125 -

Vr,C = 15, 15,13 13V V - 11,6 11,65V 5V = 3,4 3,48V 8V RL,C = 10Ù + 1,2Ù236Ù = 11,16Ù al reemplazar estos valores en la ecuación anterior, se tiene

, de donde

, por tanto

Para el el cálculo cálculo del del voltaje voltaje de de rizado rizado en la la carg carga: a: V r,L, se utiliz utiliza a el diviso divisor r de voltaje.

,

VPS = 15, 15,13 13V V + 1,2V 1,2V = 16, 16,33 33V V ,

,

FIGURA

2.37

.- Se pueden utilizar diodos zéner para generar Otras Aplicaciones del Zéner .diferentes voltajes volta jes de referencia, el circuito de la fig. 2.37 muestra un Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 126 -

ejemplo con 3-niveles de voltaje que pueden obtenerse con dos zéner. También se lo puede usar como recortador de onda. La fig. 2.38 muestra un recortador de picos [positivo y negativo] y la forma de onda de salida.

FIGURA

2.38

Reguladores de Voltaje en C. I. Regulación de Línea .- Cuando el voltaje DC de entrada [línea] cambia, el regulador de voltaje debe mantener un voltaje de salida aproximadamente constante. La regulación de línea se define como el porcentaje porce ntaje de cambio ca mbio en el vol voltaje taje de salida para un cambio dado en el voltaje de entrada [línea]. [lín ea]. Generalmente Generalment e se expresa en unidades de %/V. Por ejemplo, una regulación de 0,05%/V significa que el voltaje de salida cambia 0,05% cuando el voltaje voltaj e de entrada aumenta o disminuye un voltio. La regulación de línea se calcula con la siguiente ecuación.

Ejemplo.- Cuando la entrada a un regulador de voltaje disminuye 2,5V, la salida disminuye 0,15V. La salida nominal nomi nal es de 12V. 12V . Determinar la regulación regulación de línea en %/V.

Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 127 -

por tanto, corrien te a través de la carga Regulación de Carga .- Cuando la cantidad de corriente cambia debido a variaciones en la resistencia de carga, el regulador regulado r debe mantener mant ener un voltaje vol taje de salida aproximadamente aproximadamente constante a través de la carga. La Regulación de Carga se define como el porcentaje de cambio de voltaje en la salida para un cambio dado en la corriente de carga. Una manera de expresar la regulación regu lación de carga es como c omo un porcentaje de cambio en la salida sin carga [No-Load = NL] a plena carga [Full-Load = FL], [fig. 2.39].

FIGURA

2.39

De manera man era alternativa, la regulación de carga se expresa como co mo un porcen po rcentaje taje de cambio en el voltaje de salida por cada mA de cambio en la corriente de carga. Por ejemplo, una regulación de carga de 0,02%/mA significa que el voltaje de salida cambia camb ia 0,02% cuando la corriente de carga aumenta o disminuye 1mA.

Ejemplo.- Cierto regulador de voltaje tiene una salida de 15V cuando no hay corriente de carga ( I  L = 0). Cuando está a plena corriente de carga 25mA, el voltaje de salida es 14,8V. Expresar la regulación de voltaje como porcentaje de cambio cambi o desde sin carga a plena carga y también también como porcentaje de cambio por cada mA de cambio en la corriente de carga. VNL = 15V

y

VFL = 14,8V

La regulación de carga es

Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 128 -

Regulación de Carga = por tanto, La regulación de carga también puede expresarse como

Cuando el cambio de la corriente de carga es desde sin carga hasta plena carga 25mA.

Reguladores de Voltaje en Circuito Integrado.-

Los reguladores de

voltaje en general están constituidos de las siguientes partes básicas relacionadas, relacionadas, [aunque pueden darse ciertas variaciones], como se muestra en la fig. 2.40. # # # # # #

Muestra [Potenciómetro] Referencia [Zéner] Comparador [Transistor] Amplificador [Transistor] Control [Transistor] Protección de sobrecarga

FIGURA

2.40

.- Son reguladores de voltaje vol taje positiv positivo o Reguladores de Voltaje Voltaje de la serie 78XX  78 XX .en circuito circ uito integra int egrado do [CI] de tre tres s terminales terminales, , que tienen amplia utilización u tilización en aplicaciones prácticas. Poseen las siguientes características.

Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 129 -

FIGURA

# # # #

2.41

Corriente de salida hasta 1,5A Protección de sobrecarga térmica interna Capacidad para alta disipación de potencia Limitación interna de corriente de corto-circuito

fi jos, Descripción .- Esta serie de reguladores de voltaje en CI para voltajes fijos, está diseñada para un amplio rango de aplicaciones, que incluyen regulación reg ulación en la tarjeta para par a eliminación eliminació n de ruido y problemas problemas de distribución, distribució n, asociados con la regulación en un solo punto. Cada uno de estos reguladores puede proporcionar hasta 1,5A de corriente de salida. La limitación interna de corriente y las características de corte térmico de estos reguladores los hace casi inmunes a la sobrecarga. Además de usarlos como reguladores de voltaje fijo, a estos estos dispositivos se se los puede usar con component compo nentes es externos ext ernos para obtener voltajes y corrientes corrient es de salida ajustables y también usarlos como elementos paso-de-potencia en reguladores de precisión.

Opciones Disponibles CI N°

Vo [V] nominal

Vin(min) [V] [V ]

Vin(max) [V] [V ]

7805

5

7 ,3

20

7806

6

8 ,3

20

7808

8

1 0 ,5

23

7885

8 ,5

1 0 ,5

25

7810

10

1 2 ,5

25

7812

12

1 4 ,6

27

7815

15

1 7 ,7

30

7818

18

21

33

7824

24

2 7 ,1

38

La serie 78XXC se caracteriza por operar en el rango de temperatura de 0°C a 125°C. El 7805Q y el 7812Q se caracterizan por operar en el rango de temperatura de -40°C a 125°C.

Recomendaciones del Fabricante.- La forma de conectar el regulador de la Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 130 -

serie 78XX, recomendada por el fabricante, se muestra en la fig. 2.42.

FIGURA

2.42

Cuando un CI está conectado a unos cuantos cm de la fuente no regulada, la inductancia de los conectores puede producir oscilaciones dentro del CI. El fabricante fabricante recomienda el uso de un un capacitor C 1 = 0,33 ìF que se utilizará si el regulador está ubicado a más de 10cm desde el capacitor del filtro de la la fuente no regulada y un un capacitor C 2 = 0,1 ìF que no es necesario para estabilidad, pero que mejora la respuesta transitoria. C 2 debe utilizarse cuando se usen conectores largos para conectar la carga, o cuando la respuesta transitoria transitoria sea crítica. Generalmente Gener almente son capacitores capacito res cerámicos tipo disco.

Fuente de Voltaje DC Regulada Completa

FIGURA

2.43

Cf = capacitor del filtro En el secundario del transformador transformador se 18VRMS.

FIGURA

tiene un un voltaje voltaje aproximado aproximado de

2.44

El rectificador conjuntamente con el filtro capacitivo proporcionan un Carlos Novillo Montero

Can

 

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- 131 -

voltaje no regulado regulad o de un valor aproximado aproximad o de 24V pico, con un rizado de algunos voltios [fig. 2.44], 2 .44], como entrada al regulad regulador. or. El regulador regulador entrega un volt voltaje aje nomi nominal nal de de 12VDC regula regulados dos. . PARÁM ETRO

M ín

T í p ic o

M áx

U n id

V O L T A J E D E S A L ID A

1 1 ,5

12

1 2 ,5

V

R E C H A Z O A L R U ID O

55

71

R E G U L A C IÓ N D E L ÍN E A R E G U L A C IÓ N D E C A R G A

dB

4

120

mV

12

120

mV

C O R R . S A L ID A E N C .C .

350

mA  

C O R R . P IC O D E S A L I D A

2 ,2

A  

V O L T A J E D E D I FE R E N C I A

2,0

V

R E S IS T E N C I A D E S A L I D A

18

mÙ

Parámetros Importantes  Voltaje de Salida .- El voltaje de salida típico es de 12V, pero, en un mismo lote, pueden pueden haber variaciones entre un mínimo de 11,5V y un máximo de 12,5V. 12,5V.

Rechazo al a l Ruido Ruido.- Es el logaritmo base-10 de la relación relac ión de voltaje de rizado de la entrada con respecto al de la salida multiplicado por 20, sus unidades unidades son decibelios.

Regulación de Línea.- La variación del voltaje de salida [para variaciones del voltaje de la línea] línea] normalmente normalmente es de 4mV, pero puede pu ede llegar a un máximo máx imo de 120mV.

Regulación de Carga.- La variación del voltaje de salida [para variaciones de la corriente de carga] normalmente normal mente es de 12mV, pero puede llegar llega r a un máximo de 120mV.

Corriente de Salida en Corto Circuito .- La cantidad de corriente máxima se limita a 350mA, si existe un corto circuito o por un componente defectuoso.

Corriente Pico de Salida .- Indica que por breves espacios de tiempo la corriente puede llegar a ser de hasta 2,2A.

Diferencia Diferencia de Voltaje V oltaje.- La diferencia de voltaje voltaj e normalmente es de 2V, es la mínima diferencia de voltaje a través de los terminales de entrada-salida entrada-salida que debe mantenerse para que el CI funcione como regulador. Carlos Novillo Montero

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- 132 -

Resistencia Resistencia de Salida Salid a.- Es la resistencia que ve la carga en la fuente. Idealmente es un corto circuito.

Ejemplo.- Determinar el valor máximo de la corriente de carga al que se mantiene la regulación para el circuito circu ito de la fig. 2.45, donde Cf = 220 ìf.

FIGURA

2.45

FIGURA

2.46

Vr = 24,26V 24,26V - 14,6V 14,6V = 9,66V 9,66V

, despejando de aquí IDC,L = 2VrCf = 2 X 9,66V 9,66V X 220 220 X 10 10-6F X 60Hz 60Hz = 255mA o lo lo que que es lo lo mis mismo mo, , RL,min = 12V 12V/0 /0, ,255A 255A = 47 47 Ù

Ejemplo.- Para el circuito de la fig. 2.47, determinar el voltaje de rizado en la la salid salida. a. RL = 15Ù, Cf = 220 2200 0ìF [capacito [capacitor r del filtro], filtro], VC = 25V y el el rechazo al rizado es 70db.

Carlos Novillo Montero

Can

 

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FIGURA

- 133 -

2.47

VDC,L = 15V, entonces Voltaj Voltaje e de de riza rizado do sobre sobre el capaci capacitor tor [V r,C]

, por tanto

, el rechazo al rizado

se define como

70dB = 20dB

[dB], de donde,

, resolviendo, resolviendo, se tiene

Vr,L = 1,2mV 1,2mV y el el facto factor r de de rizad rizado o en en la carga carga será será

Reguladores de Voltaje Ajustable.-

El CI-LM317 [LM337 para voltajes negativos] es un ejemplo de circuito integrado integ rado de un regulador de voltaje positivo, que tiene tres terminales con voltaje de salida ajustable [desde 1,2V hasta 37V, y hasta 1,5A]. Normalmente Normalment e no requieren capacitores a menos que el regulador esté a más de 15cm del capacitor del filtro, en cuyo caso se requiere un capacitor bypass. Para mejorar la respuesta transitoria, se añade un capacitor opcional a la salida. Para lograr una relación de rechazo al rizado [muy difícil de conseguir con reguladores regulad ores de 3-terminales normalizad normalizados], os], se se puede usar un capacitor bypass by pass en paralelo para lelo con el terminal de ajuste.

Carlos Novillo Montero

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FIGURA

- 134 -

2.48

La fig. 2.48 muestra la distribución de terminales [pines] y la forma de conexión recomendada por el fabricante, así como las ecuaciones para el cálculo del voltaje de salida.

Por tanto

Ejemplo.- Para el circuito de la fig. 2.49 determinar el rango de

V  out.

Consid Considera erar r R1 = 220 220 Ù, R2 un potenc potencióme iómetro tro de de 5KÙ.

FIGURA

2.49

Cuan Cuando do R2 = 0Ù, VOut = 1,25V Cuan Cuando do R2 = 5K 5K Ù, Carlos Novillo Montero

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- 135 -

Es decir que el rango de voltajes DC es

Ejercicios Propuestos 1. Diseñar Diseñar una una fuente fuente de volta voltaje je DC utilizan utilizando do un rectific rectificador ador de de media media onda nda y filtr iltro o C. Las Las espec specif ific icac acio ione nes s son: on: V DC,L = 9V; 9V; I DC,L = 100mA 00mA y Determinar los valores de C y V m. ¿Cuál es la corriente corriente de ã = 3,5%. Determinar pico del diodo? Diodo de silicio. 2. Para el el circuito circuito de de la fig. fig. 2.50 2.50 se tienen tienen los sigui siguiente entes s datos: datos: V in = 30Vsen( ùt), f = 60Hz, las tres resistencias tienen tienen un mismo valor igual a 1,8K Ù. Dibujar las formas de onda en la entrada y en V L, y calcular el valor RMS y la componente DC en la carga, a) para diodos ideales; b) para diodos de silicio, en este caso, también calcule el tiempo de conducción de los diodos.

FIGURA

2.50

3. Diseñar Diseñar una una fuente fuente de voltaje voltaje DC emplean empleando do un rectific rectificador ador de onda onda completa tipo-puente tipo-puen te y filtro filt ro C, que satisfaga satisfaga las siguie siguientes ntes condicione condiciones: s: VDC,L = 10V 10V; ; IDC,L = 250 250m mA. Util Utilic ice e un un re regula gulado dor r con con Zéne Zéner. r. Asuma suma que que V PS [a la la salida salida del secundar secundario io del del trans transform formador ador] ] es de 15V 15V RMS. Calcul Calcular ar los valores de RS, C, I max,Z, P max,Z y ã en la carga [para esto último, asuma rz = 1,2Ù]. Los diodos son de silicio. 4. Un recti rectific ficado ador r de media media onda onda con filtr filtro o capaci capacitivo, tivo, tiene los siguientes siguientes valores: valores: Vm = 25V, 25V, C = 220ìF y RL = 1K 1KÙ, (diodo de silicio). Calcular los valores de: VDC,L; I DC,L; ã; la corriente pico en el diodo, el ángulo de conducción del diodo y el VPI. 5. Diseñar Diseñar una una fuente fuente de volta voltaje je DC utilizan utilizando do un rectific rectificador ador de de media media onda nda y filt filtro ro C. La Las espe especi cifi fica caci cion ones es son: son: V DC,L = 9V 9V; I DC,L = 100 100mA mA y ã Carlos Novillo Montero

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FUENTES D E VO LTA JE D C

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= 0,05. Determinar Determinar los valores de C y V m. ¿Cuál es la corriente corriente de pico del diodo? a) Suponga diodo ideal; b) diodo de silicio. 6. Diseñar Diseñar una una fuente fuente de de polariza polarización ción empleand empleando o un rectific rectificador ador de onda onda completa con transformador con toma central y filtro C, que satisfaga las si siguientes co condic dicion iones: VDC,L = 18 18V; IDC,L = 220mA y ã = 0,01. Especificar Especificar los valores valores de V m, y C. Asuma diodos diodos de silicio. silicio. Determine el VPI y la corriente pico de los diodos. 7. Se dese desea a diseña diseñar r una una fuente fuente de volta voltaje je DC con un rectificador rectificador tipo-puente tipo-puente con un filtro filt ro con co n capacitor de entrada. Las especificaciones especificaciones son: Voltaje en la carg carga a 12V 12VDC y un riza rizado do de de 1V 1V pp con con una una carg carga a de de 560 560 Ù; ¿qué valor de VRMS debe producir producir el devan devanado ado secundar secundario io para para un volta voltaje je de de línea línea de 120V 120VRMS? ¿de ¿de qué qué valor valor debe debe ser ser el capac capacitor itor? ? ¿Cuál ¿Cuál es la corrie corriente nte de carga y el VPI de los diodos? Determine la corriente pico en los diodos. 8. Diseñar Diseñar una una fuente fuente de voltaje voltaje DC DC emplean empleando do un rectific rectificador ador de onda onda completa completa tipo-pue tipo-puente nte y filtro C, que satisfaga sat isfaga las la s siguientes siguien tes condicione cond iciones: s: VDC,L = 12V 12V; ; IDC,L = 25 250mA. 0mA. Utili tilice ce un regul egulad ador or con Zéner éner. . Es Especi pecifi fica car r los valore valores s de Vp (a la salida salida del secun secundari dario o del transfo transformad rmador), or), R L, RS, C, Imax,Z, P ma carga (asuma (asuma r z = 2,5Ù). Los diodos son de max,Z y ã en la carga silicio. Asuma un voltaje de rizado adecuado sobre el filtro [V,max y V,mim]. 9. ¿Cuáles ¿Cuáles serían las las ventaj ventajas as de de utiliza utilizar r un regulado regulador r en circuito circuito integrado, en comparación con uno de diodo Zéner? 10. En un circui circuito to con filtro filtro con con capacit capacitor, or, el factor factor de rizado rizado mejor mejora a con: (Una sola respuesta) a) cargas altas y capacitor bajo

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b) cargas altas y capacitor alto c) cargas bajas y capacitor bajo d) cargas bajas y capacitor alto

G G G

Carga se refiere a la corriente que circula por la resistencia de salida. 11. En un circuit circuito o con rectific rectificador ador de onda onda completa completa [tipo-p [tipo-puent uente, e, diodos diodos de silicio] y filtro filtro C, se tienen los los siguientes siguientes datos: V P = 15V, è1 = 82°; Vr(RMS) = 150mV 150mV (voltaje eficaz de rizado, rizado, en la la carga). Determ Determine ine: : a) a) La La comp compone onente nte DC en la carga carga (V DC,L); b) si si se se dese desea a entr entrega egar r 100mA 100mADC a la carga, carga, deter determina minar r C y R L y la corrie corriente nte pico pico en en los diodos. diodos. 12. En un circui circuito to con rectifi rectificado cador r de onda complet completa a (tipo (tipo puente) puente) y filtro filtro C, se tienen los siguientes datos: è1 = 85°; 85°; V r(RMS) (RMS) = 22mV (volt (voltaje aje Carlos Novillo Montero

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eficaz eficaz de riza rizado) do). . Deter Determin mine: e: a) a) Compo Componen nente te DC DC en la la carga carga (V (V DC,L); b) b) VT(RMS) (RMS) (Volt (Voltaje aje efica eficaz z total); total); c) Si se desea desea entre entregar gar 100mA 100mA DC a la carga, carga, determ determinar inar C y RL. 13. Determinar el rango de variación del voltaje de entrada [V in(min) y V in(max)] que se debe aplicar a un circuito regulador con zéner, cuya carga varía entre 100Ù y 1KÙ y cuya cuya RS es 100 100 Ù. Datos Datos del zéner zéner: : VZ = 10V; P z(max) = 2W; IZ(min) = 2,5mA. 14. Para el el circuito circuito de de la fig. 2.51 2.51 se se tienen tienen los los siguien siguientes tes datos: datos: V in = 60Vsen( ùt), f = 60Hz, las tres resistencias tienen un mismo valor igual a 1,2KÙ. Dibujar las formas formas de onda onda en la entrad entrada a y en V L, y calcular el voltaje RMS y la componente DC en la carga, a) para diodos ideales; b) para diodos de silicio, en este caso, también calcule el tiempo de conducción de los diodos.

FIGURA

2.51

D:\...\ELECTRÓNICA\DE_Cp2.wpd Revisión: Febrero - 2010

Carlos Novillo Montero

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