Problema propuesto de fuente de alimentación regulada Fernando A. Marengo Rodriguez Universidad Nacional de Rosario Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura Escuela de Ingeniería Electrónica Departamento de Electrónica ELECTRÓNICA III

Circuito propuesto R2R2 + R1R1 R3R3 DZ 1 T1T1 T2T2 ViVi + - VoVo + -

Relación con la realimentación R2R2 + R1R1 R3R3 DZ 1 T 2 -T 1 V imed ViVi V 0 =V Z1.(1+R 1 /R 2 ) ¡Los parámetros se pueden calcular con la teoría de realimentación!

Fuente lineal tipo serie y fija (no flotante). Mayor rendimiento con I L baja. Funcionalidad de componentes: relacionarlo con diagrama de bloques de la fuente lineal serie. Análisis de la fuente Muestreo Amplificación Referencia Dispositivo de paso Comparación ViVi VoVo

Análisis en bloques R2R2 + R1R1 R3R3 DZ 1 T1T1 T2T2 ViVi + - VoVo + - Muestreo Comparación Amplificación Referencia Dispositivos de paso

Proceso de regulación Variaciones de V 0 frente a I L, V i y T.  V 0 /  L  S L = -R 0 regulación de carga  V 0 /  V i  S V regulación de línea  V 0 /   S T sensibilidad térmica

Regulación de carga R 0 R2R2 + R1R1 R3R3 DZ 1 T1T1 T2T2 ViVi + - VoVo + - Z0Z0 ILIL

Cálculo de R 0 h ieD ibib h feD i b B r 0D r0r0 riri R2R2 R1R1 R3R3 r Z1  V i =0 V0V0 + av.edav.ed + - eded E C ILIL

Aproximando se llega a la siguiente expresión: R 0 = [ (R 1 +R 2 ) // R’], donde R’ = (1+R 1 /R 2 ).h ieD / (h feD.a v ). Cálculo de R 0

Regulación de línea S V R2R2 + R1R1 R3R3 DZ 1 T1T1 T2T2 ViVi + - VoVo + - Z0Z0 ILIL

h ieD ibib h fe i b B r 0D r0r0 riri R2R2 R1R1 R3R3 r Z1 ViVi + VoVo + - av.edav.ed + - eded E C Cálculo de S V

Mediante aproximaciones adecuadas se llega a que la regulación de línea es: S V = (1+R 1 /R 2 ). r Z1 / R 3 Cálculo de S V R3R3 r Z1 ViVi + VoVo R2R2 R1R1 + - e d =0

Dadas V 0 e I Lmáx diseñamos los componentes y la tensión V i. V 0 =V Z1.(1+R 1 /R 2 )  adoptamos V Z1, luego R 1 y R 2. Para obtener la V 0 deseada con componentes de valor comercial es necesario agregar un potenciómetro. Esto además posibilita compensar dispersiones. R 1, R 2  R 1com, R 2com, P. R 3  aún con tensión de entrada mínima debe proveer al zéner una corriente mayor a I zk (por ejemplo 3I zk ). AO  debe ser capaz de proveer corriente I L / h feD. V i  adopto el mínimo valor incluyendo tolerancia y rizado  V imin = V imed mín – V i rizado pico V imed mín = V imed (1-  )  variaciones en la línea de CA. V i rizado pico = V rizado ef.  imperfecciones del filtro de CA. Cálculo de los componentes

Elección de R 1, R 2 Elijo V Z1 =5,1V (5%)  R 1 =1,353 R 2 Adopto R 1c =R 2c =10k (5%), potenciómetro P=10k (10%) - Sin dispersiones resulta (R 1 /R 2 ) mín =0,5; (R 1 /R 2 ) máx =2. -Contemplando dispersiones es (R 1 /R 2 ) máx =1,76 P R1,2 = V 0 2 /(R 1c +R 2c +P)=4,8mW  Elijo resistores de 1/4W. Solución V 0 =12V, I L máx =5A

Elección de R 3 R 3 = V R3mín /I zmín ; V R3mín =V imín -V Z1máx V i = V 0 +V dif ; V dif > V BE1 +V CE2sat Dejando margen de excursión de V 0 para el AO de 1V, elijo V dif mín = 4V  V imín =16V. Adoptando I zmín =1mA, resulta R 3 =11,64k  R 3 =10k.

Diseño de V i V imín = V imed (1-  L ) – V i riz p V i riz p = V i riz ef. V i riz ef = V imed. FR Proponiendo  L% =20% y FR % =2%, resulta que la tensión media de entrada y de rizado pico son V imed =20,91V V i riz p =724mV En el otro extremo es V imáx = V imed (1+  L ) + V i riz p V imáx = 23,73V (con  L =10%).

P Z1, P R3, AO I Zmáx = (V imáx - V zmín )/R 3  P Z1 = 10,1mW  zéner de 1/4W. P R3 = I Zmáx 2 R 3 = 36,1mW  R 3 de 1/4W. El AO debe: - ser capaz de proporcionar a los BJT la máxima corriente que estos pueden demandar  I salAO =I L / (h FE1. h FE2 ) = 5mA - poder funcionar con una alimentación que varíe entre V imín y V imáx  16V < V alimAO < 23,73V

P T1, P T2 P DT1 = (V CE1. I L ) máx = 60 W  P T1max /2 T 1 puede funcionar satisfactoriamente en este circuito ya que la potencia aquí disipada sería la mitad de la que puede disipar con disipador infinito (regla empírica). El disipador necesario tiene una resistencia térmica de R da < (T jmáx - T a ) / P DT1 – R jc - R cd = 0,67 ºC/W. P DT2 = [(V i - V 0 - V BE1 ). I L /h FE1 ] máx = 2,62 W  << P T2máx /2 Para este BJT, propongo no usar disipador, resultando T jmáx = T a + P DT2. R ja = 170 ºC < 200 ºC.

Circuito resultante 2N3055 5,1V 5% TIP k + - VoVo + - V i med =20,91V -20% +10% FR=2%