Reguladores integrados de tensión

RESUMEN DE REGULADORES
INTEGRADOS DE TENSIÓN
El propósito de todo regulador es convertir una tensión continua o alterna de entrada dada en una
tensión continua de salida estable , y mantener dicha tensión dentro de amplias condiciones de carga .
Dichos reguladores constan de :
* Elemento de Referencia ( proporciona un nivel de tensión estable ) :
Las variaciones de la Tensión de Referencia serán interpretadas como errores de la Tensión de Salida por
el comparador , y harán que la Tensión de Salida varíe de acuerdo a dichos errores . La referencia debe ser
lo más estable posible .−
* Elemento de Muestreo ( toma una muestra de la Salida del circuito ) :
Monitorea la Vo y la hace equivalente a un nivel igual al de la Vref para una determinada Vo antedicha .
Los ð Vo harán que la tensión de realimentación varíe , superando o no a la Vref ( esta variación será la
tensión de error con la cual el dispositivo tiende a estabilizarse ) .−
* Elemento Comparador ( o Amplificador de Error ) :
Monitorea la realimentación y proporciona la Ganancia para el nivel de error detectado . Su salida luego
es tomada por el circuito de control para restablecer la nivelación de la tensión .−
* Elemento de Control ( proporciona la transformación de la Vin frente a distintas cargas ):
Este tipo de elemento varía según el tipo de regulador . Es el que determina la clasificación del tipo de
regulador ( serie , paralelo , conmutación ) . Contribuye con un porcentaje pequeño al error total del
regulador , pero influye en las características de su funcionamiento ya que afecta parámetros decisivos
para dicho dispositivo ,−
− CLASES DE REGULADORES:
A) Regulador Serie :
Recibe esta denominación porque el elemento que controla la Vo esta en serie con la RL . Generalmente
dicho elemento es un transistor . Las variaciones en la Vin producen una cambio en la resistencia
equivalente del TR , donde el producto de la misma por la VL ó Vo , crea una Vd ( Tensión Diferencial
) que compensa los ð Vin .
Vo = Vin − Vd
Vd = IL . Rs ( resistencia equivalente del TR )
Vo = Vin − IL . Rs
− Para una entrada variable: ð Rs = ð Vin
IL
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− Para una carga variable : ð Rs = ð IL . Rs
IL + ð lL
Si se utilizan corrientes elevadas , la caída de tensión sobre el TR será elevada , alcanzando una
importante potencia de disipación . En estos casos se utiliza otro TR en cascada con el ya visto (
configuración D'Arlignton ) .−
b) Regulador Paralelo :
A través de un elemento paralelo , con lo cual nos dice que a través de corriente , dicho regulador
controla las variaciones de Vin y RL . Donde :
Vo = Vin − l . Rs
l = IL − Iz
Vo = Vin − Rs . ( IL − Iz )
−Para unos ð IL : ð Iz = − ð IL
− Para unos ð Vin : ð Iz = ð Vin = Vo
Rz ð Rz
El regulador paralelo es menos sensible a las variaciones de la Vin , no refleja las pequeñas variaciones
de la IL sobre la fuente y es inherente a prueba de cortocircuitos .−
c) Regulador de Conmutación o Switching :
Emplea una llave activa como elemento de control , la que se usa para muestrear la Vin en un
determinado ciclo variable de acuerdo a la carga utilizada .
Se usa su filtro ( L−C ) para promediar la tensión vista a su entrada y entregar dicha tensión a la salida
. Como el TR de paso está al Corte o a la Saturación , la Pdt que disipa es mínima . Esta configuración
se utiliza para aplicaciones que incluyan grandes Vd de entrada / salida , o elevadas IL ( por ejemplo :
elevadores , conversores , reductores o inversores ) .−
− PRINCIPALES FUENTES DE ERROR :
La constancia de la Vo dependerá aparte de la Vin , la RL y la temperatura , de los errores que puedan
introducir todos los elementos que componen a un regulador integrado .
* Tipos de Referencia :
− Referencia con diodos Zener :
Simplemente Vz forma la Vref . Esta referencia es satisfactoria para tensiones de alimentación estables
, no así para alimentaciones no reguladas . La inestabilidad , en este último caso , es producida por la Iz
, que varía frente a las variaciones de la alimentación . Dichas variaciones provocan el cambio del valor
de Vz .−
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− Referencia con diodo Zener de Corriente Constante :
Posee el agregado de una fuente de corriente cte. , lo que reduce la impedancia del Zener al mínimo
cuando está estabilizando .
Aquí , la Vref es relativamente independiente de la Vin . Además nos brinda una mejor estabilización
térmica . Así mismo , tenemos que :
Vref = Vz + VBE 1
El único inconveniente que nos presenta esta configuración es que necesita una alimentación de 9 o más
volts .−
− Referencia de Salto de Energía ( Band−Gap Reference ) :
Dicha referencia se desarrolla a partir de la VBE de los transistores integrados . La Vref se deriva de la
tensión originada por un salto de energía en los TR integrados debido a su construcción con materiales
semiconductores ( Vgo ( silicio) = 1,024 v − quiere decir que el potencial de Salto de Energía tiene ese
valor − ).
La tensión de referencia será:
Vref = VBE 3 + l 2 . R 2
Los valores de R1 y R2 se eligen de manera de que las corrientes que circule por T1 y T2 sean
diferentes ( l 1 = 10 . l 2 ) . Su diferencia provocará una diferencia en las VBE de ambos , cuya
diferencia caerá sobre la R3 .
A través de un desarrollo matemático ( el cual lo omitiremos ) se evidenciará que la Vref se compensa
de acuerdo con la temperatura .
Dicha configuración se utiliza para controlar Vref de aproximadamente 1,2 v .−
− Elemento de Muestreo :
Generalmente es una red divisoria resistiva R1/R2 la cual se determina por la relación entre la Vo y la
Vref :
Vo = 1 + R1
Vref R2
Como la tensión que llega al terminal inversor del comparador ( V − ) , o sea la realimentación negativa
, se determina por la relación de resistencias y no por su valor absoluto , si se varían R1 y/o R2 , no se
influye en la exactitud del regulador .−
− Comparador :
Consiste en un A.O. al cual en la pata no inversora se le aplica la Vref , y en la inversora se le aplica un
muestreo de la salida .
Este comparador determina el comportamiento del regulador de tensión . Al poseer parámetros de
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desviación ( Voffset ) , RRMC , impedancias de salida y coeficiente de temperatura , entre otros , la
exactitud se ve afectada por factores como la temperatura , la RL o la alimentación que se le
proporcione ( Vcc ) .
* Desviación ( Offset ) : La tensión de desbalance de entrada ( Vio ) es la tensión que se le debe aplicar al
operacional para eliminar la Voffset de Salida .
La Vio es vista como una señal de error y hará que la salida responda ante dicha señal . Se compensa
generalmente ajustando la red de muestreo ( o sea R1 y R2 ) . Tenemos que :
Vi = Vref − Vio − Vo . R2
R2 + R1
Entonces , despejamos Vo :
Vo = ( Vref − Vio ) . ( 1 + R1 )
R2
* Cambio de Desviación por la Temperatura :
Si eliminamos la desviación del regulador , obtendremos un regulador exacto , pero solo a una
determinada temperatura . Como la Voffset varía de forma proporcional a la temperatura y también
proporcionalmente a la Vio , al modificar la realimentación negativa en un regulador ajustable , no se
reduce toda la desviación real .
Para mejorar parcialmente esta desviación se realiza el nulling o puesta a cero del comparador , que en
realidad estaríamos modificando la Vio del mismo , lo que corrige en lugar de compensar la desviación
.−
* Variaciones de la Tensión de Alimentación :
Las Relaciones de Rechazo de Alimentación y de Modo Común son las causas principales de los errores
en los reguladores , los cuales se introducen debido a la aplicación de una Vi no regulada .
En un Amplificador Diferencial Ideal , la Vo es solo función de la Vd . La Vc , que es el promedio de las
V aplicadas a las entradas del Diferencial , con referencia a la M.V.D , varia si variamos las V+ o V − .
La RRMC es la relación entre la Ganancia de Tensión de Modo Diferencial y la Ganancia de Tensión
de Modo Común :
RRMC = Avd
Avc
Avc = Avd
RRMC
La tensión de salida de Modo Común sería :
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Voc = Vc . Avc = Vc . Avd
RRMC
Por lo tanto el error introducido será de + Vc
RRMC
Dicho error representa una desviación para el A.O. ; si se desprecia la desviación real , la Vo finalmente
quedaría :
Vo = ( Vref + Vc ) . ( 1 + R1 )
RRMC R2
Solo aparecerá un error de modo Común , que disminuye si se utilizan fuentes de corriente cte. ; por lo
tanto la Vo es solo función de la Vref y la ganancia del Comparador . Otro método sería regulando
antes de alimentar el cto. la Vin , lo que genera un mejor comportamiento del Regulador de Tensión
Integrado .−
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