Dise�o de fuentes de voltaje lineales con C.I.

�������� Introducci�n

����������� Los reguladores de voltaje son un grupo popular de C.I. lineales. Un regulador de voltaje en C.I. recibe una entrada de voltaje de C.C. relativamente constante y suministra como salida un valor relativamente mas bajo de voltaje C.C. que el regulador mantiene fijo o regulado sobre un amplio rango de control para la corriente de carga y de voltaje de filtrado. Partiendo de un voltaje de suministro de C.A., se puede desarrollar un voltaje en C.C. de estado estacionario rectificando el V_CA, posteriormente filtr�ndolo a un nivel de C.C. y finalmente regul�ndolo con un circuito regulador de voltaje en C.I.

����������� Los reguladores de voltaje en C.I. proporcionan un voltaje de salida fijo y se encuentran disponibles en un rango diverso de voltajes de salida. Los reguladores en C.I. son seleccionados para operar con voltajes positivos o negativos. Los reguladores de voltaje tambi�n se encuentran disponibles para proporcionar una salida sobre cualquier conjunto de voltaje sobre un rango de valores impuestos por los valores de la resistencia externa.

�������� Reguladores de voltaje en C.I.

����������� Los reguladores de voltaje comprenden una amplia clase de C.I. utilizados. Estas unidades contienen la circuiteria para la fuente de referencia, el amplificador de error, el dispositivo de control y la protecci�n de sobre carga. Todas estas contenidas en una sola pastilla en el C.I. Aunque la construcci�n interna es algo diferente que la que se describi� para los reguladores de voltaje discretos, la operaci�n externa es pr�cticamente la misma. Examinaremos la operaci�n de algunos de los reguladores de voltajes fijos de 3 terminales tanto para voltajes positivos como negativos y los que permiten tener un voltaje de salida ajustable.

����������� Una fuente de suministro puede construirse en una forma simple utilizando un trasformador conectado al suministro de C.A. para aumentar o disminuir el valor deseado, posteriormente rectific�ndolo con un circuito de � onda o onda completa, filtrarlo para obtener el nivel de voltaje deseado y finalmente regular el voltaje de C.C. utilizando un regulador de voltaje en C.I.

Conexiones f�sicas de los reguladores para aumentar su campo de aplicaciones.

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����������� Toda fuente de alimentaci�n esta formada por etapas y las principales son: transformaci�n, rectificaci�n, filtrado y regulaci�n.

����������� La etapa de regulaci�n posee diversas configuraciones, dependiendo de cada aflicci�n. Entre estas configuraciones tenemos las que hacen uso de los reguladores integrados de tensi�n, como salida fija en tensi�n negativa o positiva.

La familia 78XX consiste en circuitos integrados reguladores positivos, mientras que la serie 79XX trabaja con valores de tensi�n negativos en su salida.

La siguiente tabla muestra los valores de tensi�n m�nima y m�xima de entrada para los circuitos integrados de las series 78XX y 79XX. El valor de tensi�n regulado esta dado por los dos �ltimos n�meros.

Hay que destacar que los elementos de esta familia poseen protecci�n interna contra sobrecalentamiento y sobrecargas, adem�s de no necesitar componentes adicionales para realizar el regulado.

En la figura 3.1, se presenta el diagrama a bloques de un circuito integrado regulador de tensi�n, que consiste en:

Elemento de referencia: que proporciona una tensi�n de referencia estable conocida

Elemento de interpretaci�n de tensi�n: que muestra el nivel de tensi�n de salida.

Elemento comparador: que compara la referencia y el nivel de salida para generar una se�al de error.

Elemento de control: que puede utilizar esta se�al de error para generar una transformaci�n de la tensi�n de entrada y producir una salida deseada.

Figura 3.1

Agregando algunos componentes externos, podemos alterar esa configuraci�n del circuito integrado, y asi aumentar su correinte de salida y sus aplicaciones.

Regulaci�n de tensi�n b�sico

La aplicaci�n mas usada en circuitos utilizando los 78XX es el de la figura 3.2. la tensi�n de salida depende del circuito integrado utilizado y la corriente m�xima para cualquier C.I. de esa serie es de 1 A. El capacitor C₁, filtra la tensi�n del rectificador, mientras que el capacitor C₂ desacopla la alimentaci�n.

Figura 3.2

Regulador fijo con mayor tensi�n de salida

En caso de que se desee montar una fuente de 12V, pero en su banco de trabajo solo existan C.I.s 7805... �Qu� puedo hacer?, sencillo: basta colocar un elemento que provoque una ca�da de tensi�n como se muestra en la figura 3.3.

De esta forma, la tensi�n de salida ser� la suma de la tensi�n regulada por el C.I. (V_reg) mas la ciada del componente.

Figura 3.3

El valor del resistor esta calculado por la siguiente formula

Donde:

����������� V_s = tensi�n de salida deseada

����������� V_reg = tensi�n de salida del regulador

����������� R = resistencia en Kohms

Para el ejemplo dado, el valor obtenido para R fue de 1.4 Kohms. El valor comercia mas cercano es de 1.2 Kohms.

En caso de que la corriente consumida sobrepase los 500mA es conveniente colocar en el C.I. un disipador de calor adecuado.

Regulador de tensi�n de salida con zener

En caso de que el resistor sea sustituido por un diodo zener, la tensi�n de salida aumentara de acuerdo con la tensi�n del mismo (figura 3.4)

Este mismo razonamiento se aplica con diodos rectificadores comunes, seg�n se muestra en la figura 3.5

Figura 3.4

Por el hecho de que la tensi�n de entrada excede el limite soportado, el circuito no es a prueba de cortos.

Figura 3.5

Tensi�n de salida ajustable con un C.I. regulador fijo

En la figura 3.6, tenemos un circuito de comportamiento superior en lo que ata�e a regulaci�n, observe que la configuraci�n es la misma que la de la figura 3.3, con el agregado de un potenci�metro.

De esta forma podemos variar la tensi�n de salida, desde la tensi�n de regulaci�n del C.I. (V_reg) hasta el valor m�ximo, dado pro la formula:

Donde:

����������� R₁ < V_reg / 3I_q

����������� V_reg = tensi�n de salida del regulador

R₁ y P₁ = resistor y potenci�metro en ohms

I_q = corriente en reposo

Figura 3.6

el par�metro I_q es denominado corriente en reposo de operaci�n, y generalmente esta en el rango de 3mA a los 10mA. La misma es la corriente que fluye de la entrada hacia el terminal com�n del C.I. y varia para cada regulador (normalmente se toma 5mA).

Fuente de corriente fija

Hay casos en que necesitamos corriente constante, como un cargador de bater�a, por ejemplo, sabemos que el C.I. posee una tensi�n constante de salida V_reg. Si agregamos un resistor tendremos una corriente siempre fija en la salida (figura 3.7).

Figura 3.7

Para la fuente de corriente del ejemplo dado, la formula para calcular el valor de I_s es:

para el circuito integrado 7805, el manual indica una corriente de reposo de 4.2mA.

Fuente de corriente ajustable

En caso de que sea necesario una corriente ajustable en la salida, utilice el circuito de la figura 3.8.

La corriente de salida m�xima y m�nima se calculan por la siguientes formulas:

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Figura 3.8.

El control de ajuste de corriente se hace por el potenci�metro, cuyo valor se calcula en funci�n del rango de valores de corriente.