EXP204

REGULADOR DE VOLTAJE SERIE

I.- OBJETIVOS. • • • • •

Diseñar un regulador de voltaje serie ajustable Comprobar el funcionamiento del regulador. Medir la resistencia de salida del regulador Medir el por ciento de regulación de línea. Comprobar el funcionamiento del circuito de protección contra cortocircuito.

II.- LISTA DE MATERIAL Y EQUIPO. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1

Resistencia de 330Ω, 3W Resistencia de 220Ω, 3W Resistencia de 150Ω, 3W Resistencia de 100Ω, 3W Multímetro digital Fuente de alimentación JFET 2N5951 Amplificador operacional UA741 Diodo Zener 5.2V, 1W Capacitor de 0.1µF, 50V Potenciómetros de 10 KΩ Resistencia de 4.7Ω, 3W Resistencia de 4.7 KΩ, ½ W Resistencia de 47 KΩ, ½ W Resistencia de 1 KΩ, 3W Resistencia de 680Ω, 3W Resistencia de 470Ω, 3W

EXP204-1 FIME, Depto. De Electrónica.

III.- CIRCUITO DEL EXPERIMENTO.

Figura 1. Regulador de voltaje serie

NOTA: el valor de RL es: 470Ω, 220Ω y 100Ω.

EXP204-2 FIME, Depto. De Electrónica.

IV. TEORÍA PRELIMINAR.

Partes Fundamentales: Las partes fundamentales de un regulador serie como el de la figura No. 1, son las siguientes: • •

• • •

La red de muestreo de voltaje formada por las resistencias Ra, Rb y el Potenciómetro de 10 KΩ. La fuente de voltaje de referencia está formada por el diodo zener DZ, el transistor de efecto de campo (JFET) J1, el potenciómetro RF y el condensador C1. El amplificador de error de éste circuito lo constituye el amplificador operacional de propósito general 741. El transistor de paso Q1, que es un transistor de potencia NPN de silicio (en este circuito el 2N3055). Un circuito limitador de corriente formado por el transistor NPN de silicio Q2 (2N3904) y la resistencia RSC que muestra la corriente de salida del regulador.

Expresión del voltaje de salida. En donde el factor de retroalimentación depende de las resistencias ajustables R1 y R2. β= _____R1______ R1 + R2 El voltaje de salida del regulador puede aproximarse al voltaje de salida del amplificador de error, es decir: Vo ≈ A (Vz - Vf) En donde: A = Ganancia de lazo abierto del amplificador operacional Vz = Voltaje del diodo zener o de referencia. Sustituyendo el valor de Vf y despejando Vo, se obtiene Vo = ____AVz___ 1 + βA

EXP204-3 FIME, Depto. De Electrónica

como la ganancia del amplificador es extremadamente alta (A=100,000) resulta Vo = Vz β

o bien

Vo = Vz (R1 + R2) R1

La expresión del voltaje de salida del regulador serie es la siguiente: V0 = R1 + R2 (VREF) R1 En donde: R1 = Ra + fracción de Rpot y R2 = Rb + fracción de Rpot para el caso del circuito de la figura 1. Procedimiento de diseño del Regulador Serie. 1. Especificar los datos del regulador. En nuestro experimento, deseamos un regulador con las siguientes características: V0 = 5 a 15 V I0 = 100 mA ISC = 120 mA

Salida ajustable Corriente Nominal Corriente de cortocircuito

2. Selección de voltaje de entrada no regulado. Debe de seleccionarse 2 ó 3V arriba del voltaje de salida máximo para asegurar que Q1 esté en la región activa, entonces: Vimin = 15 + 3 = 18 V Considérese un voltaje nominal

Vi = 20 ±

2V

3. Selección de voltaje de referencia del diodo Zener y del transistor JFET. El VREF debe de ser menor que el voltaje de salida mínimo. VREF