Universidad de Carabobo Facultad de Ingenieria

Universidad de CaraboboFacultad de Ingenierıa

Escuela de Ingenierıa Electrica

Catedra: Electronica III

Reguladores de Tension Lineales

Autor:Al Chouhuf Ayham

Profesor:Mirabal Adrian

4 de febrero de 2016

Lab. Electronica III 1 Practica 1

Universidad de Carabobo Facultad de Ingenieria

Resumen

En la actualidad las fuentes tension alterna son las mas comunes y eficientes formas de transportar la energıaelectrica por distintas razones. Sin embargo, la mayorıa de la gama de dispositivos electronicos no son compa-tibles con este tipo de senales AC (corriente alterna), en su lugar, operan con senales DC (corriente directa),para ello el alcance de esta practica es comprender el funcionamiento y disenar fuentes de alimentacion DCdesde una fuente de energıa comercial AC.

Para ello se usa un trasformador que reduzca la tension de alimentacion, luego se pasa la senal por un puenterectificador de onda completa a base de diodos, luego la senoide rectificada, se pasa por un filtro pasa-bajo paragenerar el clasico rizado ”casi DC, que finalmente el diodo Zener se encargara de Regular la tension de saliday fijarla en un rango de alimentacion de corriente en el que pueda realizar una buena regulacion.

Finalmente, se estudia el regulador LM7808 que termina, demostrando e imponiendo su mayor, estabilidad,amplio rango de corriente de Regulacion, y eficiencia sobre el diodo Zener, convirtiendose ası en el favoritodurante esta etapa de la materia.

1. Introduccion

Las primeras fuentes de energıa electrica que usaron ampliamente proporcionaban corriente directa. Pero,mientras mejor se conocıan las caracterısticas de la corriente alterna, esta fue sustituyendo a la de corrientedirecta como la forma de energıa mas usada en el mundo. Actualmente, de toda la energıa que se consume enel mundo, cerca del 90 % es de corriente alterna. En Estados Unidos esta cantidad es mucho mayor. ¿Cualesson las razones de este cambio? ¿Por que es 9 veces mayor el consumo de CA que de CD? Basicamente, haydos razones para esto. Una de ellas es que, por lo general, la CA sirve para las mismas aplicaciones que CDy, ademas es mas facil y barato transmitir CA desde el punto donde se transforma hasta el punto en que seconsumira. La segunda razon para el amplio uso de la CA es que con ellas se pueden hacer ciertas cosas y sirvepara ciertas aplicaciones en las cuales la CD no es adecuada.

Debido a estas razones, la CA es la forma de energıa de mayor distribucion en el mundo pero la tecnologıacada dıa es mas especializada, y muchas de las aplicaciones dedicadas son CD, por esta armonicidad entre lavariedad, la calidad y la economıa, es necesario contar con mecanismos que esten al nivel para cubrir y generarcorriente directa desde la corriente alterna y ası poder alimentar los dispositivos que requieran de ello.

2. Procedimiento Experimental

2.0.1. Experimento 1.1: Regulador de tension discreto.

Para este montaje se usaron los siguientes componentes:

C1 = 100µF

D1, D2, . . . , y D4 : 1N4001

Z1 = 1N4099

P1 = Potenciometro 5kΩ

R1 = 470Ω

R2 = 220Ω

Con dichos componentes, se realiza la simulacion en PSpiceR© del montaje del circuito Regulador de tensiondiscreto. mostrado en la ”figura 1” durante un ts = 100ms con una carga RLmin

= 220Ω, cuyos resultados desimulacion se muestran en la ”figura 2” (claramente se nota que no hay regulacion para una carga tan pequena),y de la cual son de interes resaltar:

1. Vspp = 40V (Sinusoide pura con f = 60Hz)

Lab. Electronica III 2 Practica 1

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2. Tension del condensador: Vc = Vpe−t/τ donde τ = R1C = (470Ω ∗ 100µF ) = 47ms Periodica.

3. VcRMS= 17,350V

4. VoRMS= 5,5277V

5. Vr = V maxr − V minr = 19,27V − 15,681V = 3,639V

Para este montaje se varia el potenciometro en su valor mınimo y maximo, de manera que la carga vista por elregulador sea variable, con el objetivo de determinar el valor de corriente de carga maximo para que el circuitoopere sin salir de la zona de regulacion.

Por consiguiente se obtienen los siguientes valores:

Para el potenciometro en la posicion mınima, genera una RLmin= 220Ω, para la cual se obtiene un

4V = Vr = 1,19V , Vpout = 5,79V por lo que se genera una circulacion de Imax = VRmin

= 5,79220 = 26,32mA

corriente que no genera regulacion. Mas sin embargo al aumentar ligeramente la resistencia de carga seobtiene regulacion ( Imax ' 20mA con RLmin ' 350Ω).

La regulacion de carga y de linea, se obtienen los mejores valores de medicion con una RLmin' 1kΩ o

mas, y estas seran iguales, con valores de: 4V = 882mV y un Vo ' 7,46V DC.

El valor mınimo de corriente de regulacion, se obtendrıa para la maxima carga posible en el montaje, deRLmax

= 5220Ω generando una circulacion de una corriente de Imin = VRmax

= 8,665220 = 1,7mA.

Nuevamente la regulacion de carga y de linea, serian con RLmax= 5220kΩ, y estas seran iguales, con

valores de: 4V = 792mV y un Vo ' 8,66V DC.

C = Cos−1(1−Vr)ωln(1−Vr)R1

= 232,1µF valor notablemente es un valor mas grande que el suministrado.

Figura 1: Regulador de tension discreto.

2.0.2. Experimento 1.2 Regulador de Tension Integrado

Para este montaje se sustituye el diodo zener por el integrado LM7808, y se determinara la mayor posibilidadde tener un rango de regulacion mas independiente de la corriente de carga, y del diodo zener, haciendo maseficiente el circuito rectificador.

Para este montaje se usaron los siguientes componentes:

C1 = 100µF

D1, D2, . . . , y D4 : 1N4001

Lab. Electronica III 3 Practica 1

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Date/Time run: 02/03/16 21:10:34** Profile: "SCHEMATIC1-Prac1" [ D:\Ayham\SimulacionesPSpice\siminformeprac1-schematic1-prac1.sim ] Temperature: 27.0

Date: February 03, 2016 Page 1 Time: 21:18:35

(A) siminformeprac1-SCHEMATIC1-Prac1.dat (active)

Time0s 20ms 40ms 60ms 80ms 100msV(V1:+) V(R1:2) V(D9:2) RMS(V(D9:2)) RMS(V(R1:2))

-20V

-10V

0V

10V

20V

(99.130m,17.350)

(100.000m,5.5277)

(19.239m,15.681)

4.7826m,19.270)

Figura 2: Resultados Simulacion Experimento 1.1 durante 50ms - PSpiceR©.

Figura 3: Montaje de Regulador de tension discreto.

Lab. Electronica III 4 Practica 1

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Figura 4: Senal de salida del trasformador rectificada - Vc

U1 = LM7808

P1 = Potenciometro 5kΩ

R1 = 470Ω

R2 = 220Ω

Ahora se realizaran pruebas para determinar el rango de corriente de regulacion, segun variaciones en la carga:

Al variar RL desde su mınimo hasta su maximo, no se producen saltos de la region de regulacion en ningunmomento, es evidente la estabilidad y capacidad que tiene el LM7808 en contraste con el diodo Zener,por lo tanto Imax = V

Rmin= 8,08

220 = 36,72mA.

La regulacion de de carga y de linea son: Vo = 8,2V en la linea y en la carga con RLmax

La corriente mınima de regulacion es: Imin = VRmax

= 8,25220 = 1,57mA, en contraste con el Zener, es de

notar que con corriente mucho mas bajas se puede obtener una regulacion muy estable.

Sin dudas, el integrado LM7808 es mas estable, ante variaciones en la carga, o en la corriente, mientrasque en diodo Zener por su caracter no lineal intrınseco lo hace muy susceptible a cambios en la tensionque refleja cambios drasticos en la corriente, limitando el rango de Regulacion.

Al estar disenado el integrado LM7808 para garantizar una senal de salida estable en 8V la maneramas facil de obtener una tension especifica mas pequena es utilizar un divisor de tension colocando unaR′ = 114Ω en serie con la patilla vout del LM7808

3. Conclusiones

El diodo Zener, es poco efectivo para regulacion de tension de propositos generales, o dicho de otra formacargas variables.

El filtro pasa bajo implementado permite suavizar la curva rectificada, de manera que contribuye a obtenermas estabilidad y eficiencia un filtro que genere un rizo mas angosto.

El integrado LM7808 es mucho mas estable, y eficiente que el regulador Zener, para propositos generales.

Variar la carga es irrelevante para el integrado LM7808, puesto siempre regula a una tension de salidaVo = 8V .

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Figura 5: Senal de salida regulador de tension integrado - Vo.

Figura 6: Montaje regulador de tension integrado.

Lab. Electronica III 6 Practica 1