Fuentes de tension

Fuentesde AlimentaciónLineales Reguladas
Electrónica General
FUENTES DE ALIMENTACIÓN
LINEALES REGULADAS
LECCIÓN 21

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
Rectificador
Filtro
Pasivo
Regulador
VCA VCC
Transformador Carga
electrónica

Transformador
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.
1
2
1
2
1
1
2
2
i
N
N
i
v
N
N
v




Varias posibilidades.
• Primario – Secundario.
• Toma media en secundario.
Transformador
Comportamiento ideal.
Reductor.
• Determinar N1 : N2.
Aislamiento galvánico.
• Protección del usuario.
N2
i1 i2
v1 v2
N1 N2
i1 i2
v1 v2
N1
v1 N1
v2
v2
N2
N2
v1 N1
v2
v2
N2
N2

Rectificadores
V
V
N
N

1
2
v1
v2
t
t
v1 v2
N1 : N2
v1
v2
N1
N2
N2
v1
v2
t
t
V
V
N
N

1
2
v1 v2
N1 : N2
v1
v2
t
t
V
V
N
N

1
2
Recordatorio de
las estructuras
ya vistas.
TRANSFORMADOR +RECTIFICADOR

Rectificadores
Calidad de la tensión de salida.
• Valor medio
• Rizado
 



T
v
T
v
0
d
1
t
t
v
v
v
r ef
2
2


t
V
T
t
V
T
v = ———
2·V

r = 0,48
v = —
V

r = 1,21
TRANSFORMADOR +RECTIFICADOR

FILTRADO DE LA TENSIÓN RECTIFICADA
 Reducir el rizado de la tensión.
 Análisis aplicando principio de superposición.
Transformador
+
Rectificador
• Asegurar comportamiento lineal.
• Permitir que la componente continua llegue a la carga.
• Quedarse con la componente alterna.

Filtro por bobina
Elección del
valor de L.
• iL > 0.
• ZL(ca) >> RL.
ve(ca)
ZL = 2··f·L
RL
ve(cc)
ZL = 0
RL
ve(cc) = ——
2·V

ve(ca) = - ——·cos (2t)- ——·cos (4t)+ ···
2·V
3·
4·V
15·
Rectificador ve RL
iL
L

Filtro por bobina y condensador
Rectificador ve RL
iL
L
C
Mejora el funcionamiento.
• C contribuye a quedarse
con la componente ca.
Elección de los valores de
L y de C.
• ZC(ca) << RL.
• ZL(ca) >> ZC (ca).
• iL > 0.
(cc)
(ca)

Filtro por condensador
Rectificador ve RL
C
 Evita el uso de inductancias.
 Análisis más complejo.
• Pesadas y voluminosas para frecuencias de 50 / 100Hz.
• 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.

Vp
Vp
v1 v2
Funcionamiento

v1 v2
Funcionamiento
Vp
Vp

Filtro por condensador Análisis
 Tensión de salida: exponencial y senoidal.
 Simplificación: aproximación por onda triangular.
• Considera descarga lineal del condensador.
• Simplifica cálculos.
• Un análisis detallado resultaría complicado.

v2
Vp
T / 2
Vr
Supone descarga del
condensador a
corriente constante.
El valor Vr es conocido.
• Limitado por especificaciones.
• iC = icarga.
 iC  ———
v2(cc)
RL
Vr = — · ——— · —
1
C
V2(cc)
RL
T
2
Tomar un condensador superior al
valor calculado.

v2
t
t
iD
T1
T
v2
t
t
iD
T1
T
C  C 
 ¿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.

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 lazo abierto.
• Regulador en lazo cerrado.
Rectificador
Filtro
Pasivo
Regulador

Circuitos reguladores en lazo abierto
us = Vz
R
RL
Vz us
FUENTE
SIN
REGULAR
ue
Vz
Vp
La tensión ue debe ser
siempre mayor que la
tensión us.
• Interesa que ue no sea
mucho mayor que us.
La diferencia entre ambas
tensiones la soporta la
resistencia R.
• Elección de N2:N1.

R
RL
Vz us
ue
RTh
Vz
VTh
 Límites de funcionamiento del regulador propuesto.
• Pueden deducirse a partir del circuito equivalente Thèvenin que
ve el zener.
VTh = ue·————
RL
R + RL
VTh > Vz
 R < RL · ————
ue – Vz
Vz

Otra posibilidad
FUENTE
SIN
REGULAR
R RL
Vz
us
ue
Q1
us = Vz – uBE
El elemento de control pasa a ser un transistor.
La resistencia R reduce su tamaño.

Circuitos reguladores en lazo cerrado
 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.
CIRCUITO
COMPARADOR
CIRCUITO DE
MUESTREO
ELEMENTO
DE CONTROL
ue
entrada
no regulada
us
salida
regulada
TENSIÓN DE
REFERENCIA

FUENTE
SIN
REGULAR
R
RL
Vz
ue
Q1
us
R2
R1
Esquema de un regulador de tensión en lazo cerrado.

Elemento
de Control
Circuito
Comparador
FUENTE
SIN
REGULAR
R
RL
Vz
ue
Q1
us
R2
R1
Circuito de
Muestreo
Tensión de
Referencia
Identificación de los bloques de que
consta un regulador en lazo cerrado.

us = ———— · Vz
R1 + R2
R2
R
RL
Vz
ue
Q1
us
R2
R1
ue
Amplificador lineal no inversor.
• Q1 permite entregar más
corriente de salida.
Representación alternativa del regulador.

iB = ——  —————
iE
+1
us
(+1) · RL
  ——————— – 1
us
RL(mín) · io(máx)
ue
iE
iB
La corriente de base del transistor
es aportada por el operacional (io).
• Esta corriente debe permitir cubrir
todo el rango de corrientes de salida.
A tener en cuenta
Relación entre la ganancia del transistor
y la corriente de salida del A.O.
Es posible usar un
montaje
Darlington.

R
Vz
ue
Q1
us
R2
R1
A tener en cuenta El amp. op. está
alimentado desde
una fuente no
estabilizada.
• Su comporta-
miento no varía
con las variacio-
nes de Vcc.
Hay que asegurar
que el amp. op.
trabaja en zona
lineal
• uout < Vcc-2.

ue > us+2

R
Vz
ue
Q1
us
R2
R1
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.

R
Vz
ue
Q1
us
R2
R1
A tener en cuenta
Circuito de
muestreo.
• Circuito muy
sencillo.
• Valores de R1
y R2 elevados
en comparación
con la carga.

Curva de Regulación
 Limitación a corriente constante.
• Si is < Imáx, se tiene us = us(nom).
• Cuando is > Imáx, us disminuye.
is
us
Imáx
Q1
Q2
Rcc is
uBE2
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.
Rcc · Imáx  0,6V [uBE2(ON)]

R
RL
Vz
ue
us
R2
R1
Q1
Q2
Rcc
Esquema completo

 Reguladores ajustables de múltiples terminales.
• Permiten montar una fuente de alimentación completa.
Rcc
R1
R2
us
ue
REF
723

 Incluyen todos los elementos de un regulador en
bucle cerrado.
• Regulador de tensión positiva fija.
• Regulador de tensión negativa fija.
• Regulador de tensión ajustable.
RL
ue us
Protección térmica
contra sobrecargas.
• Corriente máxima
depende del tipo
de encapsulado.
Condensadores para
mejorar estabilidad.
Circuitos reguladores de tensión integrados
IN OUT
GND
REGULADOR DE TENSIÓN

Serie 78XX.
• Los dígitos XX indican la tensión
de salida.
Regulador
7805
7812
7815
us
+5V
+12V
+15V
ue mín
+7,3V
+14,6V
+17,7V
Reguladores de tensión
fija positiva
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.

vred
220Vef
ue us RCARGA
IN OUT
GND
is
470µF 10nF
7812
18Vef
18Vef
C
25,46Vpico
+12V
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.
fija positiva

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.

RL
fija negativa
 Serie 79XX.
• Análogos a los reguladores positivos de la serie 78XX.
IN OUT
GND

Trafo Rectif. Filtro
78XX
Trafo Rectif. Filtro
78XX
0
+
-
vred N1
N2
N2
+
78XX
79XX
+
+V
+
-
-V
Se pueden implementar
fuentes simétricas
con 78XX.
Habría que diseñar dos
fuentes completas.
Usando 79XX se simplifica el diseño.
Facilitan la construcción de fuentes de alimentación simétricas.
fija negativa

vred N1
N2
N2
+
78XX
79XX
+
vred N1
N2
N2
+
78XX
79XX
+
-
+
N1
N2
N2
+
78XX +
N1
N2
N2
+
79XX -
simétrica
vred N1
N2
N2
+
78XX
79XX
+
vred N1
N2
N2
+
78XX
79XX
+
-
+
vred N1
N2
N2
+
78XX
79XX
+
vred N1
N2
N2
+
78XX
79XX
+
-
+

Requieren pocos componentes y son fáciles de
construir.
El diseño de las fuentes de alimentación conmutadas
es complicado, sobre todo en lo que se refiere a su
lazo de regulación.
Fuente Lineal
COMENTARIO
 Otros tipos de fuentes de alimentación.
• Fuentes de alimentación conmutadas.
Fuente Conmutada
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
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.
Alto rendimiento
Rendimiento bajo
Pequeñas y
ligeras
Pesadas y
voluminosas
Ruidosas
No radian ruido
Trabajan a la frecuencia de red (o al doble de ésta),
por lo que los componentes pasivos que incorporan
(bobinas y condensadores) son grandes.
Trabajan a frecuencias elevadas (decenas o cientos
de kilohertzios), lo que permite usar bobinas y con-
densadores pequeños.
Complejas
Sencillas

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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