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nstituto Politécnico Racional
€scuela Superior de Ingeniería mecánica
y Eléctrica
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA FUENTE REGULADA
DE VOLTAJE Y CORRIENTE CONSTANTES DE
CARACTERÍSTICAS ADECUADAS PARA USO EN
LABORATORIOS DE DISEÑO ELECTRÓNICO.
Oue para obtener el título de
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
P R € 5 € N T fl :
RODOLFO P€On flGUIRR€
ÍTÍéxico. D. f. 1978
1PN
TEMA DE TESIS
Que, cow> trabajo —arito gara sustentar e lsional y obtener «1 t t ta lo da Ingeniero an <nes y Electrónica JaTiact desarrollar a lFO
•m Frofe•icacio -
Tesa:
Diseño y Constroociom cy corriente coostas£asuso en Laboratorios de
Objetivos del
Satisfacer lasen el Instituto
Puntos a desarrollan
c. •000&
regulada de voltajeIsticas adecuadas para
Electrónico.
tipo de
O. W.. ai 4 de julio de 1978.
•o. de CÉd. Krof. 17405S
con todo ai amora ai esposa y aai futuro hijo (a)
Con carillo a a i sAna Laura Jlguirr*Budaldo Peón M.
Con profundo
aisnto a ais tios
Adolfo Aguirre B. y
casita Hsrnándaz d* A.
A «is suegrosEduardo Anaya yOesarina Mácatela de A.
AaisPilarConcepción yBusardo
A «i abuelita.tíos, prisas ydestás seres qaeridos
A a i s aedbojos
AGRADBCIMIKnOG
Al I n s t i t u t o Nacional de Knergia Suelear por todas
l a s fac i l idades brindadas dorante e l desarro l lo de
este trabajo.
Al Or. Buaberto Ponseca A. y al M. en C. Saloaon
Malsonado O. por su eficiente asesorasdento. '.
A nis cospafieros de trabajo por su colaboración y
apoyo aoral.
PRO&OGO
El disello de circuitos electrónicos a base de semi.
conductores generalmente requieren para sus polarizaciones,
voltajes constantes y regulados y de bajo ruido.
A los dispositivos que proporcionan estos voltajes,
se les llana fuentes de al±»entaci6i. Una fuente de ali -
mentación puede ser: una batería, una celda solar o cual-
quier dispositivo que convierta una determinada energía en
energía eléctrica capaz de ser uñada para los fines antes
mencionados. El tipo de fuente* más utilizadas en labora-
torios de disefio electrónico se encuentra dentro del últi-
mo grupo, y son circuitos electrónicos que convierten la -
energía eléctrica de la línea en un voltaje constante ade-
cuado al uso que se la desea dar.
El funcionasutento do algunos circuitos, exige de
voltajes constantes, con características superiores a las
de uso canfín, en general son circuitos con aplicaciones -
muy especificas, tal es é!i caso del Laboratorio de Blec—
tronica del Instituto Kacional de Energía Nuclear, donde
se diseñan y construyen «una gran variedad de dispositivos,
electrónicos aplicado» íil desarrollo de la energía nuclear
en nuestro país, tales coa» escaladores, bases de tiempo,
analizadores mono canal. Monitores de radiación, preampli. :
ficadores, amplificadores de pulsos, etc. Algunos se han
producido, otros están en la etapa de producción y otros
más en diseflo o proyectos a realizar en un corto plazo. -
Con todas estas tareas el laboratorio creció y la necesi—
dad de incrementar el instrumental de uso interno también
creció con él. Pero cono el 100* del mismo es de proceden,
cia extranjera, se estudió la posxbiiiásci de disaster y - -
construir algo de ese instrumental en dicho laboratorio —
surgiendo de ello el diseflo dé una fuente de alimentación
de propósitos generales para uso en laboratorios de diseño
electrónico. Tema a discutir en este trabajo de tesis.
En la primera parte (Cap. I Generalidades), define
el tipo de fuente desarrollada, asi samo los aspectos más
importantes que la involucran; tales como definiciones y -
características de operación. A continuación (Cap. II) se
propone un diagrama a bloques del sistema y se realiza un
análisis de cada una de sus partes para posteriormente di-
señarlos y asi una vez construida (Cap. III) obtener la in
formación de las características prácticas para establecer
una comparación con la teoría y por último dar una serie -
conclusiones de estos resultados* capitulo IV .
C O H T S N X D O
I - GENERALIDADES Páginas
Introducción 1
Características Requeridas de
la Fuente 2
Tipos de Fuentes de Aliasntación.. 4
Fuentes de Alineni-.ación Reguladas. 5
Características Estáticas y Diná-
micas de las Fuentes >3e Alimenta-
ción Reguladas.. 7
XI _ ANÁLISIS Y DISEÑO
Introducción '« 15
Diagraa» a Bloques... 15
Regulador de Voltaje 17Regulador Serie.... ... 27
Circuito de Medición 36
Voltajes Auxiliares de Polariza-ción ¿ 54
Lista de Partes y Diagraaa Eléc- ;
trico................ ... , 74
III- ENSAMBLADO DE IA FOEHTE ;
Caja o Gabinete....¿.. 78
Tableta de Circuito Isfireso....... 89;
IV - PRUEBAS Y CONCLOSIOaBS
Características Obtenidas...o..... 92
Modos de Operación. 100
Conclusiones....................... > 104
APÉNDICE j 109
BIBLIOGRAFÍA ,114
CAPITULO I
Generalidades
1) Introducción
En al laboratorio de Electrónica del Instituto na-
cional d« Energía Nuclear, se diseñan y construyen una -
gran variedad de instrumentos electrónicos aplicados al de.
sarrollo de la enargia nuclear en nuestro pals.
El diseno de estos instrumentos implica una serie
de experimentos y pruebas previos a su construcción. Pa-
ra dicho efecto, es necesario contar con el instrumental
electrónico de laboratorio adecuado, tal cono, oscilosco—
pió, multimetro, generador de señales, frecuencímetro y -
fuentes de alimentación.
El presente trabajo de tesis, está encaminado a sa,
tisfacer la necesidad de fuentes de alimentación en dicho
laboratorio, para esto se pensó en el diseno y construe- -
ción de un prototipo con características adecuadas para p©_
der ser usada; en los diferentes circuitos que se éxperimen.
tan en este laboratorio. '
2) Características Requerida» de la Fuente.
Los equipos que se diseñan en este laboratorio es-
tan en lo fundamental coapuestas de circuitos integrados -
digitales, (tales cono compuertas, multivibradores, etc.)
circuitos integrados lineales, {tales como amplificadores -
operaoionales, comparadores, etc.) y dispositivos discre—
tos (transistores, diodos, ote.) de baja potencia.
Los componentes que se usan para formar los egui—
pos se caracterizan por emplear voltajes que están en el
intervalo de 1.5 a 35 Volts, adeaás el promedio de dispo—
sitivos empleados en cada equipo nos da una indicación del
consumo de corriente y este varia entre aproximadamente -
30 raA y 1,5 Amp.
Asi mismo, algunos de estos circuitos y en determi.
nada» pruebas o experimentos, requieren de voltajes o co—
rrientes constantes con una deterainada regulación para -
cambios en la carga o en el voltaje de linea, •
También para la operación correcta de algunos ins-
trumentos, es necesario tomar en consideración la estabili, ;
dad, el rizo y ruido, la iapedancia de salida, la respues-
ta a transitorios de la fuente de alimentación. En fun • i
ción de los aspectos antes mencionados y después de una e- - í
valuación de los mismos, se propone una serie de caracte—
risticas que deberá, poseer el prototipo que aquí se preten, :
de diseñar y construir. ' •. 7
Durante el desarrollo del trabajo, algunas de e s —
tas características podrán ser Modificadas en ano u otro -
sentido (mejorarse o resultar de valor inferior al propues.
to) dependiendo de la complejidad con que resalte el dise-
ño. A continuación se enuncian estas características.
Características Eléctricas.
Voltaje de entradaVoltaje de salidaCorriente de salida «Regulación a cargaRegulación a lineaRiso y RuidoIntervalo de temperaturaEstabilidadImpedancia de salida cono
i fuente de voltaje
105 - 125 VcA 50-600 - 4 0 VcB0 - 2 tap.0.01%0.01%200 ttVpp0 - 40»C0.5%
0.01Respuesta a transitorios 50 ps<sg
También se vio la necesidad de equipan la fuente -
con indicador de voltaje y corriente en dos escalas para -
cada uno (se proponen las escalas 0-50V 6 0-5V y 0-2.5 tap.
6 0-250 mA), controles de voltaje y corriente con posibil¿
dad de efectuar un ajuste fino, terminales de salida para
polaridad positiva, negativa y neutro con conectar nadara
tipo banana. Algunos experimentos requieren de niveles de
voltaje o corriente superiores a los propuestos en el lis-
tado anterior, para este caso resulta conveniente tener la
posibilidad de poder interconectar dos o Más fuentes en se
rie o paralelo. Asi mismo en ciertas condiciones es necesik
rio poder controlar la fuente a una distancia suficiente,
para realizar experimentos con Materiales radiactivos.
Por último, el gabinete debe tener la resistencia
Por ultimo, el gabinete deberá tener la resistencia
necesaria para alojar al transformador y soportar la cons-
tante manipulación que exige el laboratorio donde será usa
da, asi mismo, se recomienda una estructura compacta y de
fácil acceso a su interior con el fin de facilitar el ser-
vicio de mantenimiento.
3) Tipos de Fuentes da Alimentación.
Como se menciona en el prólogo, existen diferentes
clases de fuentes de alimentación, sin embargo las mas fre.
cuentem&nte usadas en laboratorios de diseño electrónico -
son las fuentes de alimentación de corriente directa regu-
lada, estas fuentes pueden clasificarse en función de sus
circuitos reguladores, en "disipativas" y "no disipativas".
El nombre de disipativas. proviene del hecho de —
que una parte de la energía manejada por la fuente, es di-
sipada en el elemento serie del regulador dando como resul.
tado, una baja eficiencia del sistema; las no disipativas,
utilizan circuitos de conmutación para efectuar la regula-
ción reduciendo grandemente la disipación'y por consiguien
te aumentando la eficiencia, además son menos pesadas que
las disipativas, sin embargo la eficiencia y el peso son -
una función de la frecuencia de conmutación, un aspecto —
muy importante entre estas dos fuentes es lo concerniente
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al ruido, las fuentes no disipativas son nás ruidosas que
las disipativas, ruido producido por los circuitos de con
nutación. En la tabla 1-1 se establecen las ventajas y -
desventajas entre estas fuentes.C*~l
En función del ruido y debido a que el peso y la
eficiencia no son de gran inportancia para las fuentes de
uso en laboratorios, se decidió disefiar esta fuente con -
un regulador de tipo disipativo.
4) Fuentes de Alimentación Reguladas.
Básicamente existen dos clases de fuentes regula-
das; las fuentes reguladas en voltaje y las fuentes regu-
ladas en corriente. Las características ideales de dichas
fuentes son:
a) Cero inpedancia de salida a c.d. y a todas las frecuen
cias para las raguladas en voltaje b iapedancia infinJL
ta a c.d. y a todas las frecuencias para los regulados
en corriente.
b) Un factor dé regulación igual a cero en un intervalo
de variación del voltaje de linea relativamente gran-
de y a través de todo el intervalo de corriente de —
carga establecido, en el caso de regulación de volta-
je. O todo el intervalo de voltaje de salida fijado -
para una fuente regulada en corriente.
c) Disipación de potencia cero en el circuito, para asibos
casos.
d) Recuperación instantánea para cambios bruscos en el —
voltaje de linea y en la corriente de carga.
e) Cero señal de ruido en el nivel de corriente directa.
En la actualidad algunas de estas características
son inposibles de lograrse, sin eabargo se nan podido obte
ner aproximaciones relativamente buenas. C2«3H
5) Características astáticas v Piritali as de las Fuente»
de Aliaantacion Reguladas.
a) Características Estáticas.
Regulación del voltaje de salida con respecto a la
carga, se define coso la "habilidad de aantener un voltaje
constante a través de las terminales de una carga variable,
manteniendo la temperatura y el voltaje de línea constante.
Esta regulación puede expresarse en form de porcentaje co
no se indica en la siguiente ecuación (Be. 1.1)
1.1 ...... Regulación de carga 1%) - ( 2SÍ2_=_SSE. ) x 100
Vain » voltaje de salida con atniaa razón de carga
Vaax » Voltaje de salida con atria» razón de .carga
Vo » Voltaje noainal de salida
Regulación de corriente de salida con respecto a -
6
la carga, es la habilidad de suministrar una corriente
constante a una carga variable, de corto circuito a un va-
lor de corriente minina establecida de salida de la fuente;
manteniendo las mismas consideraciones de temperatura y —
voltaje de linea, que en el caso anterior y donde se esta-
blece la siguiente ecuación (Be. 1.2)
1.2 Regulación de i de carga « ( 'tea* - rmin ) x 100
Imux » Corriente máxima de salida (generalmente se tomala corriente de corto circuito)
Corriente de salida minima establecida
f n M fd]*> PllAnÍ!Al miada Volta-i».
Es la variación en % del voltaje de salida debido
a variaciones en un intervalo determinado, del voltaje de
linea, manteniendo la corriente de salida y la temperatura
ambiental constante, asi tenemos la ecuación (Be. 1.3)
1.3 .Regulación del Vol „taje de Linea (%) « í vsal max - vsal min ) x 100
vsal nominal
"sal * Voltaje de salida debido al máximo voltaje delinea establecido.
vsal-min * Voltaje de salida debido al mínimo voltaje delinea establecido. '
« Voltaje de salida debido al voltaje nomi-nal de linea. V
( L» corriente dé carga deberá ser la mitad del va—
lor especificado como máxima carga, sin éstiargo es válido
expresar esta regulación, en tmtytw condiciones (cero carga,
máxima, carga}, siendo la mam iasiortante la Medición con —
náxina carga, ya que así pueden garantizarse los limites -
de operación segaros de la fuente, si por alguna razón es-
tos llegan a rebasarse pueden aparecer oscilaciones en el
voltaje de salida (generalmente en «1 limite inferior) o -
dejar de operar el regalador cas» tal (lfaite superior).
En la gráfica 1-1 se suestran los casos mím comunes de es-
te efecto. C O
Regulación a linea para fuentes reguladas en co
rriente, es una definición análoga a la definición a n t e —
rior y es dada por la siguiente ecuación (Be. 1.4)
1.4.. Regulación de co- T««Irriente a linea (%) - (
- Isal «in) x 100
Isal noainal
Esta ecuación es válida para las condiciones de —
voltaje de salida constante y temperatura «ablente constan
te.
Intervalo deoperación especificado
+— T
J
90 100 110 120 130 Voltage de linea
Coefici
Gráfica 1-1
Este coeficiente en una fuente de alimentación regu
I- t
10
ladá es esencialmente su regulación térmica. Es el cambio
porcentual en el voltaje de salida para, una fuente regula-
da en voltaje, o en la corriente de salida para una fuente
retjulada en corriente cuando todos los parámetros a excep-
ción de la temperatura ambiente, se mantienen constantes.
Se expresa como el porcentaje de los cambios del voltaje -
de salida o corriente de salida por grado centígrado que -
cambie la temperatura ambiente (Be. 1.5) '.
1.5 coeficiente deTemperatura « * ( vmax - Vmin ti
Vtemp. ) x 100
Vmax-temp * Voltaje de salida a máxima temperatura esta,blecida.
Vmin-tsmp * Voltaje de salida a mínima temperatura esta,blecida.
Vtemp-Amb * Voltaje de salida a temperatura ambiente (25*)
Estabilidad: Se define como los cambios en los ni.
veles de salida de la fuente durante un intervalo de tiem-
po grande (normalmente se determina en un intervalo de 8 -
horas en operación continua a partir de media hora de h a -
berla encendido), manteniendo el voltaje de linea, la car.
ga y la temperatura constante.
b) características Dinámicas.
Las características dinámicas comprenden el compor
tamiento de la fuente a cargas variables, a fenómenos tran
sitorios y en general a las corrientes alternas sobrepues-
11tas en el nivel de C.O.
Impedancia de Salida. Bs la relación de una AV
del voltaje da salida entre una A I de la corriente de sa-
lida debido a la variación de la carga en forma senoidal y
normalmente se expresa para valores discretos de frecuencia.
La gráfica 1-2 muestra una curva tiplea da la impedancia -
de salida de una fuente da voltaje constante.
*0
10
. 1
.01
a
H• • »
100 IX 10X 100X IN f
Gráfica 1.2 Curva típica de la impedancia de salida an una fuente da alimentación.
Respuesta a Transitorios. Si una fuente es usada
con circuitos qua generan pulsos o picos* no es suficiente
con espacificar bajas iapedancias.de salida en apreciables
intervalos de frecuencia; ya qua loa transitorios tiendan
a impedir la realización da la impedancia da salida. Bsto
es porque los circuitos reguladores tiendan a tomar gran-
des tiempos de recuperación, « cambios abruptos an la car-
ga o en la linea, los cuales reflejan casillos en al volta-
je de salida rebasando los limitas da regulación. De aquí
que la respuesta a transitorios saa el tiempo necesario pa.
ra que el voltaje de salida quede dentro da loa limites de
12
regulación figura 1.1
Rizo. Al hablarse de rizo en fuentes de alimenta,
ción, generalmente se piensa en término de el residuo de -
c.a. que aparece uontado en el valor de CD.; sin eaibargo
en el se pueden observar ademas de voltajes alternos de —
120 H cuando se trata de rectificación caspleta, pequeños
z
valores de voltaje a 60 B y amónicos lepares predominan-
tes, debidos a la no linealidad del proceso de rectifica—
ción y efectos dé saturación en el transformador. En fuen
tes no reguladas, es decir, fuentes f ornadas por un recti-
ficador y filtro es valido hablar de rizo en el aspecto an
terior ya que todos estos efectos, aparecen sincronizados
a la frecuencia de la linea; no .sucediendo esto cuando se
trata de fuentes i »• ' •-. t reguladas (regulaciones menores
de un .05%), el efec Je la curva se ve sumamente reduci-
do como cualquier desviación al residuo de c.a. de la fuen.
te primaria tendiendo a anularla, de aquí que el rizo se -
reduzca considerabismante, apareciendo como una forma de -
onda compleja con componentes de alta frecuencia no necesa,
riamente sincronizada con la frecuencia de la linea. B s —
tos efectos pueden aparecer debido a la transición de con-
ducción y no conducción de los rectificadores semiconducto
res, ruidos térmicos que aparecen en los dispositivos semi.
conductores o componentes lineales (constituyen lo que nor
maléente conocemos como ruido blanco). El efecto de regu-
lación también produce señales de ruido del tipo amortigua
13
do y por último las grandes amplificaciones involucradas -
en el regalador tienden a nacer • las fuentes perceptibles
a toda interferencia electromagnética.
El riso se expresa normalaante en término del valor
pico-pico 6 ras con un factor de 1.41, sin embargo para —
fuentes regaladas de relativo bajo ruido no es recomenda-
ble por los efectos antes mencionado» ya qne el factor po-
dría ser de 5 a 50 o mis grande. Con el fin de evitar es-
te tipo de error, recientemente se aprobó por los Comités
NEMA e IEE un nuevo concepto para definir qu«> el rizo que
es el PARD que significa "Periodic and Random Desviation"
(desviaciones periódicas y casuales) . Se mide bajo candi.
ciones dr voltaje nominales de linea y 5QJC de la corrien-
te de carga manteniendo la temperatura constante. PARD es
particularmente significativo cuando es Medido con un ins-
trumento que proporciona valores en rms y un osciloscopio
para obtener valores pico-pico. . Para tener una idea Mas -
clara, en la figura 1.2 se Maestra una distribución típica
de estas desviad
Regi6n de regulación
14
Viessm de• recuperación
j,_Tieapo derecuperación
,1751
Ti
Figura 1.1 Respuesta a Transitorio
Efectos de rectificación
Riso
Nivel nominalde cd
X Región de regulación Ruido blanco
Figura 1.2 Rizo y Ruido en Fuente de Aliasnta.cita reguladas (concepto "PARD")
15
CAPITULO II
Análisis y Diseño
1) Introducción
En los filtinos afios, las ttcnicas de integración de
circuitos electrónicos, han alcanzado un desarrollo tal
que peralte alojar en un solo encapsalado coaGn y corrien
te circuitos capaces de realizar faacioaes coaplejas, o-
freoiendo por supuesto" en algunos casos, una infinidad de
ventajas con respecto a los circuitos hechos a base de -
conponentes discretas. En el caso de los circuitos regula^
dores de voltaje, existe una gran variedad de circuitos -
integrados que realizan esta función.
Dadas las condiciones de operación disentidas en el
inciso 2 del capitulo anterior, se toaó la decisión de —
usar un sistena de regulación del tino flotante, para lo .
cual se seleccionó el circuito regalador integrado MC1H66L
que con ciertos arreglos a sa circaito de operación bási-
co, puede satisfacer las características aates «endonadas,
COBO resultado de ello sé propone el siguiente diagraaa a
bloques» ,:
2) Diagraaa a Bloques
El'diagraaa a bloques de la figura 2.1 nuestra los - -
principales circuitos que forman la fuente cuyo funciona-
Rae. yfiltro•ux.
Rae. yfiltrodo¡jotcncia
Fuenteaux«
Fuontodopol.
L
Reg.•aria
Rag.integrado "
:ircuiteSenedicidr
iReaiatoncia paranueatreo da eorrie
V
Reeiat.v. A» rmt.
/de----'1 voltage
Stl Uiayrama abloquo* de la* prlnoipnlo» portel que componen
la fuuuto
17
mientp se describe a continuación. El transformador de po
der, recibe la energía proporcionada por la linea y entre-
ga los voltajes y corrientes necesarios para cada circuito.
SI rectificador y filtro toman la corriente alterna del —
transformador y la convierte en corriente directa filtrada
y no regulada para que sea manejada por el regulador serie,
este regulador necesita de un voltaje c.d. externo para su
funcionamiento, el cual proporciona el rectificador y fil-
tro auxiliar. El regulador serie es comandado por un cir-
cuito regulador para proporcionar los voltajes y corrien—
tes de salida deseados. Este regulador consiste de un in-
tegrado que efectúa el proceso de regulación con la ayuda
de la resistencia de referencia en el caso del voltaje y -
la resistencia muestreadora de corriente para el caso de -
fuente de corriente, también este circuito necesita de un
voltaje auxiliar solo que en este caso regulado, de aquí -
la necesidad de la fuente auxiliar.
Por último para proporcionar la información de volla
je y corriente de salida se utiliza el circuito de medición
el cual usa una fuente de polarización de - 12 Volts c.d.
regulados.
3) Requl^or de Voltaje.
COBO se mencionó anteriormente este regulador con-
siste de un circuito integrado previamente seleccionado —
por las diferentes ventajas que proporcionará (caracteris-
16
ticas eléctricas, versatilidad y costo). Su referencia co
roercial es HCI466L fabricado por Motorola. Las carácteris.
ticas proporcionadas por el fabricante son: El voltaje —
auxiliar (Vaux) debe ser entre 21 y 30 Ved, el valor ins-
tantáneo de este voltaje no debe exceder de 30 Ved. ni ser
menor de 21 Ved, el voltaje debe ser flotante y eléctrica-
mente aislado de la tierra común de la fuente.
La corriente auxiliar (Iaux) oscila entre 9 y 12 aA cd.
La referencia interna (V^) es: minima 17.3V, típica
18.2V y máxima 19.7V.
La corriente de referencia es: mínima 0.8 •*, típica
1.0 mAy máxima 1.2 mA Se recomienda no usar más de ese -
valor.
Corriente necesaria en la entrada de referencia del anpli
ficador controlador de voltaje (posteriormente se describí.
ra su operación) Ig = 6 mfc mínima y 12 A máxima (co
rriente en la pata 8 del integrador)
Potencia disipada por el integrado 360 mifátts. máxima
El voltaje de compensación en la entrada para tener volta-
je de salida cero del amplificador controlador de voltaje
Viov mínimo 0 mV, típico 15 mV y máximo 40 mV.
A Vjgy Regulación de voltaje a carga típico 1 mV y máxi-
ma 3 mV 6 Avcef/Vi:ef fciPica 0.015% y máxima 0.03%
Regulación de voltaje a linea AVref^ref fc*Pico 0.015%
y máximo 0.03%
19
Coeficiente de temperatura del voltaje de salida TCyo es -
0.01*/*C con tenperatura ambiente de O a +75*C.
Voltaje de compensación en la entrada para tener voltaje -
de salida cero (offset) del amplificador controlados de —
corriente (se discutirá en la próxima parte).
V i o l (Voltaje entre la pata 10 y 11) es mínimo 0 mV, típi-
co 15 mV y máximo 40 mV.
Regulación de corriente a carga AI,A, máxima 0.2%
Este circuito para su análisis se divide en 5 par-
tes como se muestra en la figura 2.2 en ella se presentan
el diagrama a bloques y el circuito eléctrico.
Regulador de voltaje y referencia.- Para simplificar su —
análisis hacemos:
'zil 9V2.1* CRi + CR2 + CR3 +
2.2 A--«. CR5 + CRg + CR? +
quedando el circuito como el de la figura 2.3. Aquí los -
diodos Zener D ., y D .2 forman la referencia estable nece.
sarias para el balance del amplificador diferencial. El -
voltaje de salida de este regulador está dado por la suma
de estos dos diodos zener.
2.3 A vl2-7 2Vzil 2Vzi2 ' 1 8 V
donde V es el voltaje entre las terminales 12 y 7 del -
circuito integrado. La función principal de este circuito
es la de proporcionar el voltaje de polarización de los
amplificadores de control de voltaje y corriente asi como -
12
Figure 2.2 Diagpm* ahJoques yelfctriao del circuito nguladop de voltage
21
el amplificador de salida, tasibien proporciona otros volta.
jes compensados en temperatura que utiliza el circuito.
12
T 9-
*aux
íV de referen-cia interna
IFigura 2.3 Voltage de referencia del regulador.
• Fuente de corriente de referencia.- Cos» su nombre
lo dice, esta parte del circuito proporciona la corriente -
usada en la referencia de la fuente que se forma conectando
una resistencia externa (Kfg) entra la pata 3 y la tierra -
común de la fuente. Este circuito consiste de una arreglo
de dos transistores PKPSPU en conexión super alfa comple-
mentaria fcinundo un transistor I D equivalente, ver figu-
ra 2.4 el voltaje de polarización para la base (VB ) lo t¿
•a de los diodos de referencia da Q ^ y consecuentemente -
la corriente depende de la resistencia de emisor (a,, +
de aquí que»
V«i2 -2.4 A... 8.55V
22
La compensación en I «fui ratera'de la unión base
emisor de Qi3 no es auy importante, ya «ID* A V es por-
centualaente pequefia coaparada con el voltaje a través de
(Rj^ + R ). La resistencia de referencia se obtiene de
la siguiente ecuación.
2.5A.
Aaplificador controlados de voltaje.- Bste circuito con-
siste básicamente de un ampilfU wiur diferencial, el cual
efectúa él control de voltaje ccaparando itm voltajes de
referencia y salida. La figura 2.5 «metra el diagri
de dicho circuito.
Figura 2.4 I\tente de accríente de referencia.
Aaplificador controlador de corriente.- Una segunda etapa
diferencial parecida a la anterior, figura 2.6 funciona —
coao amplificador de control de corriente. La ganancia -
de esta etapa es mayor que la priaera con el objeto de -
23
asagurar un cambio rápido da voltaja constant* a corrian-
£a constant*, los diodos d« la caspoarta corraspondianta
a asta asplificadóx qua dan polarizados a un nival Mayor -
qua al diodo da la otra coBpuarta jasando asi al control
da Q i 9 para liatitar la cocrianta da carga. La rafarancia
para asta atapa, mm foraa con on divisor da voltaja axtar
no {R13 y R39 cuyos valoras los pronoma al fabricanta)co-
nactado a la salida da la foanta iatarna da rafarancia —
(pata 12 y 9 dal intagrado), la asastra la toma da la zm-
sistancia da suastra da oorrisnta •• cayo valor sa obtis-
na da la siguiant* acuacion:
250 Wt2.6A.
£
Figut» 2.5 /splifiaadap de oantxol de
Jtaplifipador da salida.^ La
da on transistor
corrianta figura 2.7 . Los diodos
VOltSffr.
salida consista bá-
ona foanta da -
una coapoarta -
24
OR cuya función •• la de permitir solamente una forma de
operación de la fuente (CORO fuente de voltaje ó como —
fuente de corriente); el transistor Q^g proporciona la -
fase y amplificación adecuados para controlar el circuito,
regulador serie, la corriente máxima de salida del inte—
grado dada por la fuente de corriente interna es de 1.5sA
sin embargo se recomienda obtener las betas de los tran—
sistores que forman el regulador serie de la siguiente —
desigualdad.
donde • Regs es la ganancia total minima del circuito -
regulador serie.
Figura 2,c-r££Z.iziz*±x !•:• ¿-r.rzK.1
Circuitos de protección recomendados por el fabricante, pa.
ra asegurar la vida del integrado.
f
7-25 v
Vsalida
Figura 2.7 «Oife dd.
26
Con el encendido y apagado de la fuente, asi como
con cambios bruscos en la corriente de carga» se producen
transitorios que pueden dallar los transistores de la fueit
te de corriente de referencia, para evitar esto se usa el
diodo D5, también se puede dañar el amplificador de con-
trol de voltaje, en este caso se utiliza D.. y D,~ como
protección, de igual forma D 1 0 protege a el amplificador
de control de corriente. El diédo D¿ conectado en la sali
da del integrado (pata 5) protege a la etapa de salida de
las corrientes inversas en el regulador serie producidas
por efectos transitorios en la carga, for último, existen
áreas donde se tienen maquinarias pesadas de uso indus —
trial las cuales producen transitorios de unos cientos de
volts pico,si la fuente se opera allí, la energía de es -
tos picos se disipa en el diodo zener D a i l, para prevenir
que dicha potencia exeda los limites del xener, se conec-
ta exteriormente un diodo zener de un valor ligeramente
superior al valor de D z i l.
Compensaciones de frecuencia al integrado.- Este integra-
do tiene dos compensaciones de frecuencia, una al circui-
'to regulador interno con el capacitor C^Q cuyo valor es -
de 0.1 uf, y la otra al circuito de salida, el cual con -
siste de un circuito RC formado por R14. Cg y C9 los valo
res propuestos por el fabricante para ello, son R14*1.2 Je
27
C 9 - lOpf y Cg - 240p£
Reducción de ruido a través del integrado.- Como ya se —
mencionó anteriormente R._ forma la referencia del circui-
to de control de voltaje. SI fabricante recomienda que pa
ra aplicaciones donde se requiera bajos niveles de rizo. -
se conecte en paralelo con asta resistencia un capacitor -
de 2yaf C 1 0 Q*J
4) Regulador Serie
Generalmente en las fueates disipativas la mayor -
parte de la potencia que no es disipada en su salida, es -
disipada en el regulador serie y en los reguladoras conven
clónales particularmente esta potencia se disipa en el tran
sistor de poder ya que por el circula toda la corriente de
. salida de tal manera que en la peores condiciones (mínimo
voltaje de salida máxima corriente de salida) pueden alean
xarse algunas decenas de watts aaciendoee necesario utili-
zar configuraciones de mis de am transistor da poder* c o -
nectados en paralelo o seria, vara evitar esto se utiliza
una configuración figura 2.1 ai la cual la mayor parta de
potencia es disipada en la resistencia R , al transistor
Ql v °2 iorama •*• «"agio enmvear tonil da un regulador se-
rie el transistor O4 actaa como ma regulador-da voltaje de
seguidor emisor que va las teadmales colector emisor de -
Q2 como su carga de tal Turma qme, tiende a maní enai el —
voltaje de colector emisor de este transistor a un valor
28
aproxiaadaaente igual al valor da la referencia auxiliar -
"ame) apareciendo la diferencia da voltaje a través da -
Qu . Con valores adecuados de *«,„_ Y *« posible on*
la potencia Máxima disipada en uno u otro transistor sea -
da aproximad asiente 1/4 de la potencia aariaa total disipa-
da en todo el sisteaa C2.3J
Figura 2.8 Circuito Regulador Serie
v Disefto
El aspecto Más iaportante de este circuito, es el
saber COMO se distribuye la potencia en los transistores -
Q. y Q en función del voltaje de salida y la corriente de
salida.
En la figura 2.8 se ve que la potencia de Q y Q
está dada por las ec. 2.1 y 2.2 respectivaaante.
2.1 PQ4
29
2 2 poi - V .
COM3 V e - V
2 * V l * V «
2 3 V2-V«-V l -V .
* • - x .
X . - *1 + *2
2 4 'a-V1!2.5 X± » V2
*41
Hadando
V . " V l - K
de aqul qua
2.6 V2 - K - Vs
Sub. 2.5 an 2.4 7 a an vaz 2.4 y 2.6 an 2.1
tiana qua:
daaarxollando
2.7 . P«4 - 1JC - V_I_ - K2 +*1 "l "l
Coaw noa intacaaa caaocac la potancia aiaciaa disi-
pada an aaa tranaiatar, apltcaaoa al «étodo da wáwimom y -
alniaoa para fonciooaa da variaa variablaa y obtanaaoa qua
al datarainanta A • -1
30
Por lo tanto la potencia disipada no es ni máxima
ni minima, pero se puede apreciar que la potencia es una
función lineal de la corriente de salida, de aquí que la -
potencia se incremente proporcional «unte, basta el valor -
máximo de X%. tomando en cuenta esta consideración podesos
encontrar la máxima potencia considerando a Is » constante
y en función de V :
de aquí que de la ecuación 2.7
dp04 » - i, + 2K - 2vs - 0dV, Rx 1^
2pCono d 04 • -2 se trata de un máximo cuyo va
d y 2 RL
lor estará dado por:
2.14 vs « K - *» Rl
2
Sub. 2.14 en 2.7 tendresns la potencia de Q4 en -
función de \%2
2.15 P ^ » "l rs
°* 4que es máxima cuando I * I „
S Ssn
22.16 PQ4H » J?«1ÍS!L.
La potencia en Q¿ esta dada por
2.17 . . . . . . . . P Q 1 « V I S
Si V, « V por las condiciones de regulación de Q4 entonces:
2.18 PQ1 - V z I,
31
La cual es una función lineal de I s y su valar •fariao será
cuando I•m '
2.19QlM*
La ecuación 2.19 seria valida para casi todo el intervalo
de V_ si el transistor Q. no tuviera la resistencia R41 -
ya que existe una condición en la cual V^ ¿ V y en este -
caso Q 4 se va a la región de corte, quedando un circuito -
equivalente al de la figura 2.9
V l
I e R 12
íVe
«1
Figura 2.9 Circuito equivalente del regulador se-rie cuando Q¿ se encuentra en el esta-do de corte.
de aquí que
2.20 I2 « Xa
2'21 Vl=Ve-V2-Vs
32
de la igualdad 2.20
2-22 V2 - R 4 1I s
Substituyendo 2.22 y 2.21 en 2.17 tenemos:
2'23 PQ1 * V e " Xku - V s
En este caso la potencia es una función lineal de
Vs, por lo tanto obtendremos su máximo con respecto a I
d Is
Como la segunda derivada de PQ1 es negativa, se -
trata de un valor máximo dado por:
2.24 I * Ve - vs2R41
Substituyendo 2.24 en 2.23 tenemos el valor máximo de PQ,
••»;•'
De esta ecuación podemos observar que PQl aez&
máxima con respecto a V cuando esta sea minima, por lo
tanto.
cuando Va » 0
..«.........
La potencia máxima disipada en Q4. 0 y R ocurre,
cuando Vm » 0 e Is * I s M y esta dada por
2 2 7 P.M-V.M
si deseamos que PQ4M S 1 PSM debemos encontrar el valor
4
33
de R41 que cunóla con ello. Igualando la ecuación 2.16 con
1/4 de la ecuación 2.27 teneaos
" 4 1 ^4
despejando
2.28
1
4
R41
"41
despejando V en 2.28 y substituyendo este valor -
en la ecuación 2.26 se tiene
2.29 P,*41I.M
Q1M * P 04M
Disefio
Las características de los transistores Q1# Q2 y Q4
se obtienen cono sigue:
donde
y V-M son los voltajes trixisos entre colectory enisor de respectivos transistores.
de la ecuación 2.23 teneaos que para que V_ • V_M
pero V. es nlniaa cuando I » I
de aquí que
ve si Ve « 50 Ved
VCE4 5 0 V c d
34
de similar foraa para la ecuación 2.21 il Vg = 0 e Is * 0
V2 - 0 y
V1Mvl " ve
entonces
R.. se obtiene direct—ante de la ecuación 2.28
R4l
Potencia disipada por * 4 1
P41 • 50 x 2 * 100 Watts
Considerando un 100% de tolerancia
P • 200 Watts
V se obtiene por nedio de un diodo de referencia D 2 5 cuyo
valor está dado por #1 valor pico-pico del voltaje de rizo
de la fuente primaria
vz "* vrizo pp
se propone una V * 4.7V
En esta parte del circuito es ais que suficiente -
con asegurar que en las peores condiciones de polarización
del zener y carga del aisao !_. » 0 V se aantenga ats o
aenos constante. Figura 2.10
La corriente de eaisór de Q2 y QL es dada directa-
aente por la corriente afcxima de salida de la fuente
I s M - 2 Aap.
I_ — I-K « 2 Aap cd• í
s
35
1
Figura 2.10 Circuito para determinar las caracterlsticas de D 2 5 y R42
ganancias de los transistores se obtienen en ba
a la desigualdad de 2.7 donde
-0.5
Para Q4 el valor de |) no es critico asi one
La corriente «trian que circulará por el colector
de Qi se obtiene de
2.30
Con esta infbraacion se seleccionó para Q.
i .
36
el transistor 2N3715 que tiene una p «^ * SO
de aquí que
Para estas condiciones se seleccionó el transistor
2S515 para Q
de la figura 2.10 si V o u x - 10 Ved
XzM * IB4M
Si
2.31 IB4H-.Í21L.
IB4H
pódenos asignar 50 sA cd para
y R42'»' ^oux - vz « 106.00
R42 " 100 valor comercial 1 Watt
La potencia en el diodo es dada port
P * v x X „ - 240 sMatts
Con ••tas características se seleccionó el diodo -
, B Z Y 9 6 ' ; - ' 4 V 7 . ' • = , • ; . • : ":-•'•'• • '
S) Circuito de Medición :
• : Para esta parte de la fuente y en función de las -
condiciones iapuestas, se propuso un circuito de Medición
de escalas isfiltiples (particularmente de 4, dos para vólta,
je y dos para corriente). Este circuito consta bisicaaente
í
/ íi
u>
(b)
Figura 2.11 Circuito da Madicite da 4 Kscmlu
38
de 3 partas COMO lo nuestra la figura 2.11 a y b la pri—
•ara as un divisor da voltaje £ornado por K]_n> RJQ y R31 -
para las escalas de voltaje R-. y IUg para las escalas de
corriente, estos toman la muestra (en voltaje) de las ter-
minales de salida y a través de R9 respectivamente. A con
tinuación un circuito amplificador (CI3) toma la informa—
ción y la amplifica a un valor adecuado para que sea indi-
cado por medio de un galvanómetro.
Análisis v Disefio
Divisor de voltaje para medición de corriente, pa-
ra su análisis podemos aplicar la figura 2.12, la cual - -
muestra loa voltajes correspondientes a las escalas de —
2 Jtasp y 200 mA. Según las condiciones impuestas anterior-
mente (inciso 1 de este capitulo).
Figura 2.12 Divisor de voltaje para indicación decorriente.
39
da las condiciones tañasess
2.32 ..... V2 - IOVJ
Da la figura 2.12 y con»idf ando qmm la iapadancia
da antrada dal aapiificador saa any graada. ya qoa «a la -
carga da asta circuito, sa tiana an priaara aproKiaación:
2.33 I. » V1
3 «3 • «2 * *1
2.34 Vx » Rj I,
Sub. 2.34 an 2.33
2.35 V« - *1 V^
«3+«2+«l
coa» , •
2.36 ..... V2 » lj 1*1 + «j»
Sub. 2.33 an 2.36 y s* tiana
2.37 ......... Vj « *1 * *2 V !« l + « 2 + « J
da 2.32 tanaaoa qua con 2.35 y 2.37
2.38.. Rj « « ^
Bata aiasa condición sa caspia r ara al divisor da
voltaja para aiiituo da voltaja da tal Cana* qna los va-
loras da I«2 Y *i son los •$—os para sMdir al voltaja o -
la corrianta. .' ' - .-.•..',,.
' El asplificador da voltaja C.D. en—tata da un —
aaplificador oparacional conactado coao aa. aaplif icador -
no invarsor da voltaja diracto COBO sa aBastra an la figu
ra 2.13.
40
Figura 2.13 circuito amplificador de voltaje conun operacional.
de la figura 2.13 se tiene
2.39........ V £ - «4 V4
donde R4 ee la ganancia de la salla de retro--
aliiaent ación donde V^ es el voltaje de retroal i—ntacion
Rj y R. foraan el circuito dé retroalleentación y v4 es el
voltaje dé entrada aeplificado "A^ veces.
2.40
"A? es la del circuito con ¿etroalijMntación
41
El voltaje V en la figura 2.13 está dado por
2'41 V3-Vror + Vfentone**
2- 4 2 •
taKbiin
2 " ••• v0rror-_íi_Ao
Igualando 2.40 con 2.41 s* ti«n«
va - V- - V4
En «1 caso ideal cuando *o—* «•
v 3 - v £ * o
por lo tanto
2.44 ..... V3 * V£-
y K ». V4
de la ecuación 2.39
V 4 • - R 3 +1
' • V f . ' " • • • • • • • ' ' • : ' . - • ' . • • • / '" ; ; •
' ,. '• ,por- l o t a n t o ' .' • '.. .. •,,'••
2¡45 .....k... A » B3 4- 1
-- : • - • ' • ' • • : . ' .. ' :" -„•*?•• '' •-••' • '. • : '•
Esta ecuación nos da la ganancia en función de las
resistencias de retroaliJMntación. ^
L*inpedanciade entrada con la salida en circuito
a b i e r t o , e s t á d a d a p o r : • ; /'••-.•'••.•••;/'• •'•'.''•' •;' ;:
2.46 ......... Zm - V3
42
pero í 4 •• una función del voltaje diferencial y de la ia-
pedancia del circuito operarin—1 COBO se snestra en la —
figura 2.14
Figura 2.14 ada del circuito
2.4?
Substituyendo 2.47 «a
2.48 ......... Xm-
sin pera ideales
donde AQ es la
Substituyendo
«• laso abierto
«* 2.48
'3 « ^
43
d* 2.40
2.49 ...
Impedancia da salida con la entrada
cuito. Para determinar asta iapedancia
fuentes independientes igualas * caro
la figura 2.15
corto cir—
todas las
tra am -
Figura 2.15 Iapedancia da salida d*l circuitoalificaaoc.
V4
de tal f oram que
de la figura 2.15
2.50 ,... 2»
y Vf - BV4
V es anplificado A£ ,• • o
so
44
2.51 = V4 íl + *cZso
Pero B • 1 cuando A > 1A
quedando
2.52 i± » V 4 ( H
zso
2.53 Z,o - V4 (1 * T 1
La ecuación 2.53 nos da la impedancia equivalente
de Thevenin vista en las terminales de salida del circui-
to. La iapedancia total incluye el fecto del divisor de
voltaje formado por R3 y R^ y está dado pars
2.54 Z. * Zso(1 + Ao )
A"
Corriente de polarización de entrada (Input bias -
current).- Otra característica de un MW.I1 i fit, attor apera—
cional practico es la corriente que fluye em cada ana de -
las entradas. Las cuales pueden ser representadas por un
generador de corriente como se muestra en la figura 2.16
2.55 . .
como
V 'error
y v f -
Substituyendo en 2.55
V4 » A ( R4R3R4
de 2.45 se tiene
2.55
45
Figura 2.16 corrientes de po1ari«apftftn de en-turada.
l e sEn la aayoria de los aaplificadores oneracionales
las corrientes de polarización 1 ^ e r_ son siailares en
magnitud y tienden a seguirse ana a otaca cwifwii varié -
la temperatura. Para ilniii r.ar este efecto se igualan los
coeficientes de Ij^ é 3L. en la ecuación 2.56 obteniéndose
las siguientes ecuaciones.
2.57
2.58 ......... Vo -
46
I o s es la diferencia de corrientes entre las tacad
nales de entrada necesaria para que el voltaje de salida -
sea igual con cero (Input offset voltage), üsualaente es-
ta corriente es de menor Magnitud que las corrientes de po
larización. Q , 6, 7. 9, lcTJ
Por último el indicador de voltaje 6 corriente con
siste básicamente de un adcroaaperiaetro cuya corriente se
limita a través de una resistencia, conectada en serie fi-
gura 2.17
(a)
v
Cb)
Figura 2.17 a) Indicador de voltaje o corriente
b) Circuito equivalente con la resistencia interna del galvanómetro.
V, - i { R, • fa)
La resistencia para una deflexión en el galvanóme-
tro del 100% está dada por:
47
2.59 - r«
donde
V4M e s e l v a l o r laTimn equivalente del parámetro -
que se desea nadir.
i., es la corriente máxima »fffn»1 del galvanómetro.
Fm es la resistencia interna del galvanómetro.
Si V4 llegase a adquirir un valor mayor que V4M, ij,,
crecerla proporcionalmente de tal manera que pueda alcan-
zar un valor con el que se pueda dañar el galvanómetro, -
esta eventualidad, es posible qoe suceda, cuando el selec.
tor de escalas se encuentre en las escalas de mayor sensi.
tividad ( S Ved, .2 Acd), y el voltaje o corriente de la
fuente sea mayor que los valores mtrimcui de dichas esca—
las, es decir que cuando la entrada del amplificador sea
V3 - V2 y V 2 > Vjj, figuras 2.12 y 2.13
El evitar esta condición rasulta un poco difícil -
ya que ella dependerá básicamente del usuario, de aquí que
surja la necesidad de proteger diebo galvanómetro. El cir
cuito de protección propuesto. s« muestra en la figura
2.18
En este circuito» el vslor mshrimn de V^ es limita-
do por el voltaje de ruptura del diodo D_ de tal forma que
cuando
V4 - • Vr L - » c t e .
48
Nótese que para n»<»»r- i ^ n o u usa ninguna resis
tencia, esto es posible, debido a que «1 integrado CI3 po-
see protección a corto circuito, limitando su corriente de
salida máxima a 25a*. garantizando con esto un cambio rápi,
do en la referencia.
Figura 2.18 Protección a voltaje para 6.
El análisis de este circuito se puede realizar en
dos partes, la primara que está dada básicamente por la -
ecuación 2.59 y ee cuando la interacción de la referencia
se considera nula ( V4 K. V ) la segunda parte que ss lie.
va a cabo cuando V- * V en estas circunstancias el voltjt
je de salida V. se fija aproximadamente al valor de v , -
*, . .. z
garantizando asi que I — sea constante y aproximadamente -
al valor máximo del galvanómetro.
49
de la figura 2.18 se tiene
2.60 I . « I . «• I - 25 s*Z 4 CC
La potencia «áxiia del diodo
2.61 P_ - V £
Diseño
Divisar de voltaje para Inrtlrarirtn de corriente. -
divisor, esta
ecuación
Bl voltaje de entrada afixiao v.
dado por las condiciones del circuito
2.6
VjMi " 2 5°
Se propone V * 200 tf déla figura 2.122M
Por lo tanto
V1M
caso
20 BV
se taem una I . > 1 A de 2.34
1^ - 20 XL
de l a ecuación 2.38
Rj « 180 i l
de 2.33
2.62 R. » V i -X3
Rj - 50 A
Debido a que no e s s e n c i l l o el valor de
I I
50
Rj y Rj con tolerancias de - 1%, se optó por usar una re—
sistencia de ajuste (minipot) de 200 XV CB34 «n el diagrama)
ya que resultó mis económico y mas fácil encontrarlos en -
el mercado. Un criterio similar se aplicó para Rg donde -
se usó un minipot de 100A (B33 diag.).
Divisor de voltaje para indicación de voltaje de sa,
lida.- Para esta parte solo cambia Rj, ya que
de la ecuación 2.62
Rj » 49.8 K
Se usó una resistencia de 47 K (B31 diag.} y un ni.
nipot de 10 K
este caso son
diag.) la referencia para
+ Rj m % 6 * 200 XL
y R en -
Amplificador de Voltaje
Para este amplificador se seleccionó el circuito -
operacional integrado MC1741 por su bajo costo y populari-
dad en el mercado nacional.. £as características mis impar,
tantas de este circuito para ser usado como amplificador -
de cd son:
Voltaje de polarisación - 18 Ved
Voltaje diferencial de entrada máximo - 30V
; Protección a corto circuito en las termina-les de salida en forma continua
ación
Corriente de salida con tiles en corto circuito
lina
-55 a + 12S*C
Ice "
Ganancia de lazo abierto min
Xmpedancia de salida típica
Tmpffflnnrifl d« entrada min
Corriente de polarización deentrada.
Corriente de compensación deentrada.
Voltaje de compensación de en,trada.
A o -
z s o
zeo
I M
V».
51
15 000
« 75 A
m 300 000 SL
0.2 uA
- 0.03 uA
- 1.0 mV
en este diseño debido a la condición de protección al gal-
vanómetro discutido en la parte del indicador de voltaje y
corriente, se establece que
como referencia se podria utilizar un diodo rectificador,
ya que el galvanómetro usado solo necesita 75 mV para su -
polarización, sin embargo se usó un diodo emisor de luz —
del tipo MV5054-1 que tiene un voltaje de polarización di-
recta V- « V « 1.4V y soporta una corriente de polariza—
* ' z - . • - -
ción directa máxima í¿ » I .« 100 "mA su potencia —**ÍT» deX - S* -
disipación es P « Px «180 mW; con él fin de poder indicar
la operación adecuada del medidor
de 2.63 se tiene
\ '. y ^ , - M V „;'.•• "''•
si el voltaje máximo de escala, es dado por V3 « V ^ « 20mV
de la ecuación 2.40 se obtiene la ganancia con retroalimen
taeíón.-".:;; ..•/;.,• .",.1 ' •'• .;, ' -! ' ." '' . .
0.02
52
La inpedancia de entrada se obtiene de la ecuación
2.49
eo15 000 3 z 10 - 64 M70
de la ecuación 2.45 se obtiene el valor de R ó R. dando -
valores a una u otra.
A » R3 + 1R4
R3 - ( A - 1 )R4
Si proponemos una R. > 1 K ( Rjg diag.)
R3 - 69 K
S3 « 68 X valor comercial (Kjg diag.)
En este caso es importante considerar la toleran-
cia en las resistencias R¿ y R., ya que al variar el valor
de estas se tendrán cambios en la ganancia A, (ecuación -
2.45) la cual a su ves afecta al voltaje de salida V4. La
importancia se debe a que si v ^ > V"x el diodo de referen-
cia comenzarla a actuar en los valoree superiores de las es,
calas, dependiendo del incremento de V^,; por otro lado —
cuando VJJ, < V_ es evidente que el diodo no operará oca-
ciónando solamente que el, galvanómetro opere por encima de
su valor limite, hasta que la protección efectúe su acción
Para evaluar esto, se calculará valores de Jt, y
con porcentajes que van desde * 1% basta ~ 10}¿ de los va-
lores ya obtenidos. Estos nuevos valoree asi eos» las
53
ganancias y voltajes de salida, correspondientes se presen-
tan en la Tabla 2.1
%
13
510
R3
68,680
70,040
71,400
74,800
%
-1-3
-5-10
*4
990970
950900
A
70.37
73.21
76.16
84.11
V4
1.41
1.46
1.52
1.68
Tabla 2.1 Variaciones de A y V 4 debidas a lastolerace*»* 4et «3 y s\| aplicadas aR3« 68 K, «4- 1 K, A- 69 y V4» 1.38
coso puede observarse en la tabla solo se dan las toleran-
cias en forma opuesta para astas resistencias ya que en es
ta forma se tendrían los valores extremos en cada porcenta.
je, en el que se puede ver qoe para variaciones mayores de
T 1% el incremento de V~, es superior a la decena de mili-
volts, si el tliodo de- referencia comienza a conducir en a-
proxiaadamente 1.4 Volts por lo tanto, en una producción en
serie, es necesario usar resistencias con tolerancia d e —
± 1% 6 en su defecto hacer ana selección de valores que —
queden dentro de un * 1% de valor calculado.
La impedancia de salida, está dada por la ecuación
2.54 .• • - . •• '• . ' • • • ,
so(1 +
75221' I I
C«4 f «3»
69 000•« O.34 A
54
La compensación en la polarización de entrada
se obtiene de la ecuación 2.57
R4R3 965.51 A.
R » 1 K valor casercial (R30 diag.)
por último se calcula el valor de R, para limitar la co- -
rriente máxima del galvanómetro.
Las características del galvanómetro son:
mH50 UA
1.5 K
75 mV
por la ecuación 2.59
1.4 - 1 600 » 26 500 A* K * Kx ÍO^650 x
18 K y R^ ainipot * 10 K diag. )
6) Voltajes auxiliares de Polarización.
Tanto el circuito regulador principal (HC1466), —
coso el regulador serie y el circuito de medición, requie-
ren de un determinado voltaje para su operación, como pue-
de verse en la figura 2.1 cada uno con valores y caracte-
rísticas diferentes con respecto a los otros, por está ra-
zón se estudiaran en forma individual. v : ' > :
a) rúente Auxiliar.- como se mencionó ea el inci.
so 2 de mmtm capitulo, esta fuente proporciona el voltaje
de polarización necesario para el circuito integrado que -
55
forna el regalador principal; el voltaje recomendado por el
fabricante debe estar entre 21 y 30 Vdc (V| cuya aedia se-
ria 25.5 ved no regulado, dicho voltaje soportarla variacio.
nes de voltaje de linea de 21.5% tolerancia suficiente para
la operación de la fuente según las condiciones impuestas -
en el inciso 1 de este capitulo. Sin eabargo, con el obje-
to de garantizar aún aas el funcionamiento de este circuito
sobre todo reducir loa efectos transitorios y el riso produ.
cido por la linea en esta polarización, se optó porque este
voltaje fuera regulado, la •añera ais cómoda y relativamen-
te nás económica resultó usando un circuito regalador inte-
grado. Bl circuito seleccionado (CI¿ diag.) fuá el regula-
dor de voltaje HCl723, el cual tiene entre otras propieda—
des un. alto rechazo a rizo (high ripple rejection) compensa
ción en temperatura, regulación de voltaje a linea típica -
0.01% [ill *• configuración usada fig. 2.19 es proporcio-
nada por el fabricante* asi como c¿, Rfi, R7 y las ecuacio—
nes para calcular Rg y **c.
. XAS valores correspondientes para +25 sons
• -:' C^ » 100 pf (C£ diag.)
R6 » 21 K » 22 % valor coanrcial (R4 diag.)
% - 7.15 K - 8.2 K valor coMÉrcial («^ diag.)
2.64 ......... «Q » *1K2 » 8.2 K l>- diao.)
Rsc ** l a r*" i*** n ci* *» suestreo de corriente de -
salida para efectos de protección del circuito y es dada —
56
por la siguiente ecuación
2-65
donde V__n es el voltaje necesario entre las terminales de'senR_ debida a la I T J - que fluye a través d« la •issm para -
que entre en operación e l circuito limitador de corriente.
• • - 1 v a l o rte de salida.
Li»quet
deseado en la corrien
en este caso está dado por !_.„, mmm • 12 wA de aqui -
R-e " 6 5 0
0.012« 54.17
* 47SI valor coaercial (R_ diag.)
• T
ve(noninal) "sal
Figura 2.19 Configuración del regulador de vol*»je MC1723 para corrientes de salidastenores de 150 a* y voltajes de sali.da entre +7 y +37 Ved. ~
57
La fuente priaaria para este circuito está forma-
da por un rectificador de onda completa para transforma—
dor con derivación central (dos diodos rectificadores) y
un filtro capacitivo figura 2.20
'in
Figura 2.20 Fuente Priaaria con Rectificador deonda completa y filtro capacitivo
Uno de los métodos prácticos para el diseño de es.
te tipo de fuentes es el siguientes C 1 3D
a) Diseño de Filtro Capacitivo.- AQUÍ se estable,
ce que la resistencia dinámica del diodo rectificador es
despreciable (0.02 a l f « 1A, 0.26 a Iy « 100 • * ) , -
el voltaje a través del rectificador en polarización direc.
ta'es de 0.7 V. La relación entre el voltaje pico alterno
vp i k Y •! voltaje de salida vo. la resistencia de carga R
í; y la resistencia serie R8 ( resistencia del transforma—i-; dor más la resistencia en los diodos) y la capacidad delI
? filtro C, está dada por la figura 8.5 de la referenciadonde:
W •» a la frecuencia de la linea en B z x 2 XT
c » al valor del capacitor en faradsVe(nom)
2.66 R^ * — r z — - resistencia de carga -
equivalente en ohms.
Ra • a el total de la resistencia dinámica -
del diodo* resistencia secundaria del -transformador, resistencia reflejada —
del primario del transformador y resis-tencia limitadora (resistencia conecta-da en serie con los diodos) .
Disefio
w « 2Hf - 377 rad/seg s i f - 60 H
2 - 6 7 " rf(e«t> - r f ( sa l )> K " 20 l o * V
rf(ent) ™ factor d e riso dé entrada al regulador
• factor de riso de salida del regulador
[ K » factor de reducción de riso (proporcionado
, '". ' por el -fabricante) * 'i. « . ' , " ' ' " - " . " -
[ yB Voltaje de salida del reguladorfe, • • . ' • " - ' • : • • • • • , '" - . . ; , • • ; . ' ' ' • • ; . ' • . ' • • ; ' ' • . • • ' • ' •
!; MOTA: si el factor K se obtiene de gráficas la can;•• . tidad 20 log Vs no se resta de la ecuación -| 2.67 ya que las gráficas están en función deb • ' •' — •'"'•'• " ' ' ' •' .''' ' ~ ' - ' ' '•
i
59
Debido a que el fabricante del CI M1466L no propor.
clona ninguna infomción acerca del voltaje de rizo que -
deberá tener la polarización auxiliar, se optó por obtener
prácticamente, una gráfica que relacione dicho voltaje con
el voltaje de rizo en la salida de la fuente fig. 2.21, en
esta gráfica se puede observar una region plana (de 1 - -
mVrms a aproximadamente 100 mvrms de rizo de polarización
auxiliar), considerando que con el regalador MC1723 es re-
lativamente fácil obtener un valor de rizo r a u x - 10 mvrms,
se escogió este valor, de aquí que:
2-<» - vr(entí ' vr(sal) * <K " 2 0 lo* V
donde
K * 74 db
Va - 25 Ved
K - 20 log Vs » 200
vr(.al) " Vr aux « 1 0
Vr(ent) " 2 V r ~
Si v,• (EK) = (•ax) valor •ihrimo del voltaje
de entrada del reguladorauxiliar (MC1723) tostan-do en cuenta el 10% menosque, corresponde a la «áxi.ma variación del voltajede linea
- 4 0 - 4 " 3 6
V , i \ " V _, + 2V tomando en cuenta el 10% mase(min) ««i a..^^ correspondiente a las
variaci de linea
Ve(min) - 2 8
xoen mv
• M M •MM • I
1
I f -
-
MM
II
10
V.
100 1000 10000
Figura 2.21 »»1aHfin d*l Voltaj* <te Bfco,. la aalida d* la foaofc* can
al rlao «n la polarixacifin. dé drcoito Integrado MOMO,
61
2.69
Ve(nc*lnal) " 3 2
de la ecuación 2.66
» m ve (n^inal)
loo - 6.?r<
32 - 2133 XV0.015
Si se establece V H - 35V
2 7 0 ve
de la figura 8.5 (jL3j se tiene en primera aproxi
mación:
WCRL * 50
y Rs 2 2%
despejando C se tiene
C - 50 - 62 fit377 x 2133
tomando en cuenta las tolerancias típicas de los -
condensadores electrolíticos (+ ÍOOJC - 2054) y además consi.
dorando un factor de seguridad podemos proponer un valor -
cien por ciento mayor al calculado.
C * 124 uf
» 150 uf valor comercial { C^ dig.)
Para el factor de rico r f se recurre a la gráfica
de la figura 8.6 de la referencia JjáJ
fe 1.596
62
El voltaje pico de rizo vr(»ir\ eu dado por
2.71
- 2 x 0.015 x 32 - 0.680 V
Para comprobar si estos valores se encuentran den-
tro de las condiciones establecidas en su llaite inferior
vM(aax)(ve(min) *" 2 8
de cono sigue:
2- 7 2 ve(ain) " VM(»in) x
*e
VM" vr(PK)
VM ~
donde
2.73
Substituyendo valores se tiene
VM(nin) " 3 1' 5 v c d
ve(min) » 28.07 Ved
con lo cual se cuaple la primera, condición
2' 7 4 VM(-«)
vM(max) - 35 + 3.5 + .6 - 39.1 Ved
El cual taaibién cuaple con la segunda condición
Especificación de los diodos.- los aspectos mas -
importantes para seleccionar los rectificadores son:
IF(AVG) corriente promedio de polarización direc-
en el caso de rectificación de onda completa es:
2.75 ....... I,P(AV6)
!_., corriente pico a través de los rectificadoresJiro
63
la cual se obtiene por mdio de la gráfica en la figura —
6.7 (JL3J con el nuevo valor de C
i2.76 *** Z x
donde Z * EM valor obtenido de l a gráficaIp(AV) • •* DMT]
I.inv>_, corriente transitoria inicial, la cual esOUHBE
dada por
2.77 SUJKiBMIMX)
(R, + ESR)
donde ESR es la resistencia efectiva del capaci,tor. - , _
V_£, voltaje pico inverso en los diodos. Se obtiene a través de la gráfica de la figura8.8 D4I
Con l o s valores de Ig y VH s e procede a obtener d¿
chas especificaciones de l a ecuación 2.74
I % » 0.015 - 7.5 BAP(AV) $
con C « 150 jif
WCSIi - 120
de l a figura 8.7fj3]
Z - 8
de 2.75
;"-;.,; ".tgm - 1 5 0 BA • .. - - •; .
:;'• '< y . * ^ - - 2 2 . 6 6 ' : • . • " ; • " • ' •
Se t iene de l a ecuación; 2.77
• 3 9 » 1.72 A»p.
64
de la figura 8.8 pi]
VM x 1.72 - 67 Vp
El diodo seleccionado fue el IS1553 (Sg# Dg diag.)
Por último se obtienen las características del trans,
farmador (Xra_/ V ^ ) que están dadas por:
• V ^ « VM + 1.4
2
- *o x F
2
2.78
2.79 I.
donde F es la relación de I
tiene de la figura 8.7 Q.3J naciendo la misma considera
ción que para ^ / ^ ( A V ) l + 1 0°* d e l a capacidad obtenida)
dando valores a 2.78 y 2.76 se tiene
• 35 + 1.4 « 26.15 Vam2
Para el transfonudor con derivación central
doble de este valor
v r » s - 5 2 v r -
el
rns0.015 x 4.4
2
b) Fuente de Polarización.- Bsta fuente, está. —
formada por dos reguladores conectados en serie con el fin
de obtener la polarización * necesaria en el circuito de -
medición, como el caso anterior aquí también se emplea, el
regulador HC1723 intérconectados como se muestra en la figu
ra 2.22
65
+ 12
cosan
- 12
Figura 2.22 Fuente de Solarla par* e l Cix,cuito de mmítitrióm
En este caso 1* corriente ids «salida wáwiwá dé es—
tos reguladores es I ., « 20 sA. (valor obtenido de la co- -
rriente aixiaa a que opera la proteccioa del galvanÓMetro);
de la ecuación 2,65 ten—os •
R • » Rjc « R,, « 650 s y
20 s *
- 33ÍW valor
^ 3 " C16 * C5
«21 " «24 " 4- 7
«20 " *23 " *'*
pf
i ,
66
El voltaje de rizo en la polarización se determinó
de lá siguiente maneras
Considerando que el voltaje a maxima deflección del
galvanómetro es de 75 mV y que este tiene una resolución -
de 0.01% (valor obtenido en forma práctica) el voltaje de
rizo máximo que debe aparecer en las terminales del galva-
nómetro es Vr_ - 75 jiv para calcular el voltaje de rizo -
« <yfiH> V " en la salida del amplificador nos basamos en el
circuito equivalente el cual consiste de un divisor de vol
taje figura 2.23
P
h
Figura 2,23 Circuito equivalente del Indicadorde Voltaje.o¿Corriente
de aquí
V « r«vrg " 5+ r m
67
por lo tanto
2.80 ...,....> y'• - R6 > ru V• r * • * • - r
dando valores a 2.80 se tiene
• y r 4 • 1.4 » v ' •• \':~'"-- •
El saplificador osado aquí tiene «na relación de -
rechazo de la fuente laxi»* V • 150 jW/V (Supply Voltage
Rejection Ratio) de aquí que el voltaje de riso máxiao en
la polarización sea v£ » V~ « 9.33 Vp por lo tanto, el ri-
zo en las fuentes que dan esta polarización, no sea de - -
gran importancia, sin —¡brego la regulación si es un fac-
tor a considerar, COBO es de apreciarse en la gráfica c o —
rrespondiente de la hoja de datos de este circuito [íoj
Proponiendo un V. » 10 sV
- de donde V ^ - Í V ^ ,
Considerando la ecuación 2.69 se puede fijar a
La resistencia dé carga equivalente en la fuente -
prinaria es Jf » 7.5 K
de 2.70
de la figura 8.4 referencia [u} se tiene
X••'•* W
jf
68
C • CJJ^ » Cj_4 - 28.3 uf'
• 100 fit valor coaarcial
r f # S .9JC de la figura 8.6
con la «coacite 2.71
Para e l diodo ractlf icadoc tenet»
I « 20 •& * I#«wi c o p d ^ c í o " *n l a cual la protec-
ción dal galvanoawtxo aatft an operación
230
diodo que en el caso ante—
V'"24'65 puede usarse el
rior (Dle, Dj^ diag.)
',:'••-. vxmmml2'5vrmB • "' '•
c) Rectificador y Filtro Auxiliar.- El voltaje-
de referencia del siateaa regulador serie no requiere de -
características avey.elaboradas por, lo que se usa unicaaen-
te un voltaje de c.d filtrado caso se suestra en la figura
-, XI valor de la capacidad C^9 asi COBO'las caracte-
rísticas de loe diodos D22 y D_^ y eí voltaje y corriente
en el secundario del transfóraador se obtienen con el neto
do establecido «n «1 inciso (a) da este capitulo.
69
xanx(serie)
C19 vaax(««rie)
ci6n:
Figura 2.24 Fuente Brisarla Auxiliar para elCircuito Baguladpr Serie
Proponiendo un»
de la sección (4)
aux (serie) -
10 coso primera aproxima- -
10 Ved
Jtattx(serie) sM
con la ecuación'2.1
'•^^'''.Sp'.x-io"';
S; 200 Uf
200X1
siderando las tolerancias decapac i tocep , "• . ;' L
; ' - ' - - . ,',
Va(nosi) • 84%
valor coaercial de la figura 8:5
12 V
70
4%
El factor de rizo ess (figura 8.6 [l3] }
1.41 Vp
Para loa ractificadoraa se tiana:
1 7 S
El diodo usado cos» rectificador para asta circui-
to ea al IM4002 el cual coaple ampliamente con astas carac.
taristicas.
El voltaje y la corriente en el secundario del
transformador son:
V m m 12 +• 1.4 « 9.48
d) Rectificador y Filtro de Potencia.- En este -
circuito se usó también rectificación de onda completa con
dos diodos (devanado con derivación central en el tránsfor
mador) y filtro capacitivo, figura 2.25, las característi-
cas de estos dispositivos se obtienen en forma similar que
en el caso anterior con los siguientes antecedentes:
71
loH - 2.2 tap.
Vr(«> " « ^
Bl voltaje pico de entrada se determinó del volta-
je máximo del capacitor de filtro {C- diag.) (en función -
de su costo y facilidad de adquirirlo} cuyo valor es de —
70 Ved, si a este valor le restaños el 10% de tolerancia -
en variaciones de linea se tienes
V«(HC)
Ve(min)
ve(nom)
Í63VP
46 V C.d.
55 V c.d
55 - 25 SL2.2
Si.VM 60 V primera aproximación
vaíno»)
WCR,. « 2 5
.92
1.5%
.38
C • c«';« 2652 uf considerando su toleranciay e l valor coasrcial
<?2 - 5 000 of
de la figura 8.6
de"via 2.71 .
72
Figura 2.25 Rectificador y Filtro de la Fuente
Para la selección de los rectificadores sé tiene:
con la ecuación 2.75
lF(AV)2.22
1.1 Asp
de la figura 8.7 13 y con la ecuación 2.76
lFM 16.5 Aap
La corriente transitoria inicial
El voltaje pico inverso sera: y . « 85.87 V e l
diodo rectificador eapleadofué e l HR501 (D3> D diag.) .
. Los valores de voltaje y corriente
cundario del transfomsador son
en e l
43.8 V.
73
* 2.9 Asp
Los capacitores <?„ y CL_ son recoaendados por la
nota de aplicación de CI MCL466&, 4 para reducir los e —
fectos transitorios de linea en esta fuente primaria. El
valor reconendado es de 0.33 uf.
74
7) Lista de Partes y Diagrama
RESISTENCIAS, MINIPOTS y POTS
Eléctrico
Cant
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
3
2
2
2
2
1
1
2
1
1
1
1
1
1
:. Referencia
RlR2#Rii
«3
*4
«5
«6
«7
«8
*9R10R12R13R14R16'R34'R38R17'R18'R33RX9.R22
R20'R23R21' R24Rj¡5. Rj2
R27R28
Hr R3oR31 V."35 .
"39
R40
R41
Descripción
de alambre
de carbón depositado
de carbon depositado
de carbon depositado
de carbon depositado
de carbon depositado
de carbón depositado
de carbón depositado
de alambre
de carbón depositado
de carbón depositado
de carbón depositado
de carbón depositado
minipot de carbón
minipot de carbón
de carbón depositado
de carbón depositado
de carbón depositado
de carbón depositado
de carbón depositado
de carbón depositado
de carbón depositado
de ..carbón depositado
de carbón depositado
de alambre variable a10 vueltas lineal
de': alambre variable a10 vueltas lineal
de alambre
de carbón depositado
Valor
1 K
8.2 K
10
22 K
10 K
1 K
5.6 K
1 K
0.1
1.2 K
330
18 K
100
200
10 K
6.8 K
4.7 K
33
2.7 K
68 K
1 K
39 K
1 K
500
50 K
25
120
fot.Watts
10
1/2
1/4
1/2
1/2
1/2
1/4
3
10
1/4
1/2
1/2
1/4
V*
V4
1/4
1/4
1/4
1/2
1/4
1/4
1/4;
1/4
200
1
Tol.-%
10
5
10
10
5
5
5
5
3
5
5
5
5
20
20
10
10
•; 5
5
;,' 1-'
"" i5
10
: 510;
5
75
CAPACITORES
3ant.
1
1
1
1
1
4
1
1
2
2
1
1
1 '
2
DIODOS
Cant.
5
10
Referencia
Cl
C2C4C5
C6c7,c10.
«fec9Cll' °LC13' Cll
C17C18
C20'%
C12.Cj
t
Referencia
03,04,,D7, D
'VD9
Descripción
Electrolítico
Electrolítico
Electrolítico
Ceráaica tubular
Cerámica tubular
5 Poliester
?oliester
Ceráaica tubular
Electrolítico
Ceráaica tubular
Electrolítico
Poíiester
Electrolítico
Poliester
Valor
500 uf 50V
5000 uf 70V
ISO uf 40V
100 pf
500 pf
0.1 uf
250 pf
10 pf
100 uf 25V
100 pf
2 uf 70V
0.056 uf 70V
200 uf 16V
0.047 uf 160V
To
3
20
20
3
Diagrama Referencia Comercial
, D 2 4 MR501
'D11'012
D13
1
1 25
IS1553
Diodo zener 6.8V 100 aAB2 x 2 9 - 6 v 8
Eaiaor de Luz MV5054-1
Oiódd señar 4 . 7 1 wat t
TRANSISTORES
Cant. Referencia Diagrama
2 Q2. Q4
Referenc ia Conarcial
2SC515
2H3715
76
CIRCUITOS INTEGRADOS
Cant. Referencia Diagr
3 CIX, CI4, CIg
1 CI2
1 CI,
cial
MC1723
MC1466L
«3-741
< > g> o <p a> <p
sÍ
to to *-» •-1-* e»
Iff
•w-
3
< f ^
HHHI-
• -
<a <p <p qr* fJ
•i i
55?"
f :
78
c&pinuo i n
Ensamblado de la Fuente
En el capitulo anterior se trató el diseño y los -
experimentos realizados con los circuitos obtenidos. E s -
tos circuitos se armaron separada «tute y en forma provisio
nal hasta llegar a su total integración, quedando pendien-
te, el.diseRo del gabinete o caja que na dé contener las
partes antes mencionadas; asi como la tableta de circuito
impreso. Aspectos a discutirse en este capítulo.
, . ' . ' " • • - - - • - ¡ . . ' • - ,
Existen una ínfini nW de formas de enmarcar un dis
positivo electrónico sin embargo, son muy pocos los ins-
trunent&i oue en su construcción mecánica deben cumplir—
con ciertas normas previamente establecidas (CMUC, HXK, -
RAKS). Ho siendo esta el caso de las fuentes: de alimenta-
ción de uso general» en las cuales sólo se pide que sus in
' dicadorés, controles y < encendido'/ ás.í como sus terminales - /
. de salida se encuentren en la parte frontal de ésta. ''.
La entrada de linea e interconexiones auxiliares
I-
79
en la pacte trasera. Las estructuras Mecánicas varían, —
tanto en forma COBO en rigidez o resistencia. Bcisten bá-
sicamente cuatro estructuras de gabinetes o cajas. Las -
que se forman a base de esqueletos prefabricados a los cua
les se sujetan las tapaderas, se caracterizan principals»^
te por su alta rigidez, sin embargo su costo de fabrica
ción es alto, ya que contiene piezas de fundición y Maqui-
nadas. El segundo grupo lo forman las cajas que están he-
chas a base de lámina doblada, se caracterizan principal—
«ente por su reducido iiomi LO de partes por el contrario de
la anterior, su estructura es débil. Un tercer grupo lo -
forma una combinación del primero y el segundo, obteniendo.
se las ventajas de ambos y además economía en material. -
La rigidez en este caso ño la provee ninguna estructura —
prefabricada, sino qué con unos dobleces adecuados en las
tapas (conocidos como costillas) hacen la función de estos
y por último el cuarto grupo, que lo forman las cajas hechas
a base de plástico inyectado, teniéndose como ventaja un -
peso bastante .ligero, sencillez en el ensamblado pero son
extremadamente costosas en producciones pequeñas y su apii
cación generalmente se reduce a equipos pequeños.
Dadas las condiciones de nuestro proyecto (inciso 1
capitulo XI), se optó por trabajar con las cajas deestruc
tura mixta figura 3.1 de donde se establecen las siguientes
La altura de la fuente, h • 97 mm determinada prin
80
cipalmente por las dimensiones del transformador.
El largo L « 270 mm- y el ancho S * 208 an determi-
nado por.el area óptima aprovechable de la tablilla, ya —
que esta, forma parte de la estructura.
Bl radio del detalle A en la figura 3.1 está dado
por el espesor de la lámina.
La parte trasera se aprovechó para colocar el disi,
p a d o r . .. •'-/ • V •' • "
; La tableta de circuito impreso quedará sujeta de -
la parte inferior en las tapas laterales. Bn ellas se co-
locaron cuatro insertos, dos en cada una, con una distrü»
ción tal que equilibre los esfuerzos de la tableta, estos
insertos actúan además coa» separadores entre la tableta y
la tapa inferior de la fuente.
Después de experimentar varios dobleces en láminas
de aluminio de diferentes calibres sometiéndolas a esfuer-
zos y tensiones deformadoras, se decidió usar lámina de ca_
libre 18 haciéndose compromiso de costos de material, rigi,
d e z y m a q u i n a d o . -'••_• •'• •.;':'•'- • • • _ - -
' . La tapa frontal tiene las mismas dimensiones que -
presenta él frente de la caja mas 8 mm en S con el fin de
que queden dos pequeñas salientes, una a cada lado de la -
'-caja, ésta tapa queda sujeta a las tapas laterales por me-
dio de cuatro tornillos de í/8, estos se sujetan'a inser-
tos colocados ¿previamente en .las, citadas ' tapas. Bl cali-
bre de la lamina que forma el frente es 11 (valor que se -
. J
82
ha generalizado por los fabricantes de equipos electróni-
cos) .
En la tapa frontal se encuentran colocados los in-
dicadores de encendido» de error de escala, el galvanómetro
asi cono los controles de voltaje corriente y selector de
escalas, también el interruptor de encendido y las termina,
les de salida de la fuente.
Por último, como se mencionó anteriormente, la ta-
pa trasera se aprovechó para usarla como disipador para —
los transistores Q4 y Q^ el área efectiva mínima dé disipa
ción se obtiene como sigues
La cantidad dé calor que puede ser transferida por
radiación depende de
' lo.- La temperatura de la superficie radiante
2o.- La temperatura del medio —liimil 11
3o.— Condición de la. superficie del radiador
4o.- Efectos de blindaje en radiadores adyacentes
Estos factores están relacionados por la siguiente
ecuación: Ref. D-43
• '". i; . d o n d e - .' •' "."''.. ''..'• ', .
Q es la potencia transferida por radiación (watts)
Qr es la potencia por unidad de área por un radia-. "- '• •• . dor ideal y depende solamente de la temperatura•' :">„'' en la superficie del radiador ÍTS) y la tempera
':, ' ' tura del medio ambiente (W/pgd2). ~'\t •' - -,
'' • E es la emisividad de la superficie . ' '"•'•''• . •'' " . • . . • 2
S es el área de la superficie (pgd )
83
R es el factor de reducción an la superficie delárea causada por efectos de ni inflajas de super,ficies adyacentes :
I* cantidad de calor gjus
convección natural depende de los
lo.- Diferencia deficie del radiador y el air«
ferida por
lai lo rodea
2o.- Distensiones de- la superficie figvra 3.2
3o.- Orientación de la superfici» {vertical ahorizontal)
4o.- espacio entre superficie*
5o.- Altura sobre el nivel del asar (la coal determina la densidad del aire)
i
Figura 3.2 Radiador de Aleta e» U ". ':- •:-\ , '
La relación *dé ««toB factore» eeta dada por:
.. ¡
3.2 ..
donde
Q'
0* la potencia transferida par ionnatural (w)
o u l a potencia por nnidaflt de área one estransferida por 1 pgd de longitud de unasuperficie vertical, la. cual depende so-laventé de la diferencia de temperaturaentre la superficie y e l nedio oue la ro.dea (W/pgd)
R es un factor» e l cual depende de lias d i -sensiones de la superficie y su orienta-ción (vertical u horizontal)
IL « u n factor cpse depende de la altitud
S es e l área de la superficie (pgd2)
La potencia total transferida, será la suso, de —
Q + Q§ - %
. 3.3 .V. Op-Q + Q ' - P
Substituyendo 3.1 y 3.2 en 3.3 y despejando S, se
obtiene e l área efectiva míriís» necesaria en e l disipador
p - «c*l*2S +
3 . 4 S*
coso < , es una función dé T¿ y la resistencia tánica del
«ncapsulado del: transistor al disipador se defina cosos
3 . 5 e.es
donde e c s • 0.5 *CA•••' ; ' : :•:•••:, l a n t e d e
TO-3 can ais
P » 30 H potencia disipada por e l transistor
Tc es la tesperatnra en la superficie del encapsulado y se obtlme de los datos del -
85
fabricante para Ts « 200 *c y efe » 1.17para el transistor 2M3715
Tc - 200 -35.10 » 164.9 «C
despejando T de la ecuación 3.5 y substituyendo
valores se tiene
T. - 164.9 - 15 « 149.5 *C
con esta: t atura y la figura 3.3* (Bef. 14 )
Qp » 0.75 W/pgd2 con T A « 40»
> dado que Q « f{T_ - T_>C * A
T s - T A - 110 c de la figura 3.6 (Ref. 14 )
Q^ - 0;8 H/pgd2
de la tabla 3.1 ( Ref. Q.4] ) usando aluainio pintado de —
negro, se tiene E » .95
Considerando la altura de la Ciudad de Nfetico igual
a 7347 ft de la figura 3.8 (Ref. [14J } Rj > .24 COBO los
factores R, y R dependen directa«ente de la jen—tria del ,
radiador, se propuso un disipador de la focsaccso se sues,
tra en la figura 3.3 el fabricar este disipador por atedio
de fundición resultaba un poco difícil, asi coso costoso -
por lo tanto y después de efectuar algunas pruebas1 (acopla
•ientó tendeo) se optó por construirlo acoplando la» ale-
tas a una placa de aluminio, 'éstas áletma• MB obtienen de u
na moldura de aluminio que se consigue con cierta, facili—
5'
i.
Figura 3.3 Tapa trasera y:disipadco? .
87
dad y que además resalta suy económica. En la parte tra—
sera de la fuente se localizan las interconexiones para —
las diferentes operaciones de ésta (paralelo, serie, con—
trol remoto, etc.) por aedio de una teminal por lo que -
las aletas se recortaron a ana I. - 2 pgd y las disensiones
de la moldura son, de la figura 3.4 H - 0.36 pgd, Z » 1.43
W 1.9
con L y la figura 3.7 (Ref. [l4J ) se obtiene
R » 0.85
y con W y Z en la figura 3.4 (Ref. C14D ) obtene-mos
R = 0.3
Substituyendo valores en 3.4 el área' será:
S * 300.8 x 0.85 x 0.24 + 0.75 x 0.95 x 0.3
S - 79.59 pgd
Figura 3.4 Perfil de Aluminio usado cono Aleta
El radiador construido para asta. area
de la figura 3.3 y sus áreas parciales sen:
88
el -
a2(c2(d
2(f
r
2(a
8 x
x bx b)
xg)xg)
x a
x c)
2(ra +
8(2n + k)
6(2i + fi)
(2J
2(i
2(q
L + P )
x j)
x j)
Area totalradiación.
donde:
a
b
c
df
gi
jK
•
n
np
qr
- 8
- 3.
* •
« 11- 2.
^ •- 1.
- 2.
^ •
• e
JB »
•* •
• 1.
^ •
- 1.
k) :
x j
x j
x j
( j x 0.4
x 0.55
x 0.38
x 0.8
efectiva de
3
4
6536
244105
35
9
4
4
3
1222
P9*.m
m
m
H
m
u
m
m
m
m
m
m
m
m
* 26.4- 2.64
.79
- 1.13
« 9.76
- 6.4
- 16.4
- 10.37
- 15.05
* 6.76
« 5.78
- 0.49
- 101.79 pgd
Finalmente, coa» « 4 1 radia considerables cantida-
des de calor, se optó por colocarla en foraa independiente
89
de la caja en la parte trasera encerrándola con una cubiar.
ta adicional figura 3.6
En la actualidad existen dos tipos de tabletas pa-
ra circuito impreso, las rígidas comunmente asada* en la -
construcción de equipo electrónico y las flexibles en apl.i
caciones muy especificas estas a su ves se gubdividen en -
tres categorías dependiendo del número de capas del Mate-
rial conductor en: Sencillas, dobles y mrtH-ipiws. Uo ela
borado y cosplicado del circuito, dicta el oso de una u o-
tra ya que el costo es ascendente según el ndwii'u de capas
conductoras.
Para el circuito que aquí se diserta y resultó ais
que suficiente la tableta rígida con una sola película con
ductora, estas tabletas se fabrican con dos tipos de Mate-
riales, orgánicos e inorgánicos, los más comerciales son -
los fabricados con materiales orgánico*, siendo los i*ás po
pulares los de resina fenólica y los de resina epoacica con
refuerzo de fibra de vidrio; a pesar de la gran diferencia
de precio entre una y otra (2si) se decidió usar la según
da (epoxy con fibra de vidrio) dadas las características -
de resistencia Mecánicas que ésta posee y qoe son necesa—
rias para reforzar la estructura de la fuente.
Disano del Circuito Impreso.- Consiste básicamen-
te en asignar un lugar a cada una de las componentes que -
forman el circuito, asi come trazar las correspondientes
interconexiones (pistas) y entradas y salidas del circuí
90
-to. (La snyorla d« los circuitos requieren de pontos cla-
ve* para su calibración o •snlenisilsiiln Tasbién deben ~
traxarse en circuito impreso). Kn este caso, los aspectos
•á* iaportantes en el traxo de las platas sons C153
1) Tolerancias dimensionales (separación y longi.tud de pistas en función de voltajes y corrientes cap. 1 Q.5J )
2) costos de fabricación (Material y disensionesde la tableta)
3) Efectos del Medio asbiente (humedad, tempera-tura y Movimiento* mecaniros)
4) propiedades eléctricas (frecuencia, disipaciónde calor e interferencias de ruido)
5) Facilidad de reparación (substituir componen-tes, hacer prueba* y ajustes)
Con estas condiciones y con la ayuda de las gráfi-
cas y tablas de la referencia (isQ se trazó el circuito im
preso de la figura 3.S en «1 cual quedaron contenidos mas
del 90jt de las componentes, además, con el fin de facili-
tar el proceso de producción asi como futuro mantenimiento
e* imprimió por el lado superior (contrario a lá pista) —
los signos y referencias de las componentes.
Figura 3.5 Tableta de Circuito
Figura 3,6 Ai
92
CAPITDIO IV
Pruebas y Conclusiones
Una vez ensamblado y hechos los ajustes correspon-
dientes al instrumento electrónico, es necesario, efectuar
una serie de pruebas a uño o varios prototipos, con el fin
de confinar las características del mismo y obtener la -
conf labilidad necesaria para la producción en serie. Los
resultados obtenidos de ésto, nos lleva a una serie de con
elusion** y factores a considerar. Bstos aspectos se apli-
caron al trabajo aquí presentado dando como resultado el -
presente capitulo.
1) «Características Obtenidas.
A continuación se describen las pruebas hechas a -
la fuente y sus resultados asi como el instrumental de la
boratorio empleado para ello. Todas las mediciones, se rea
lizaron después de un calentamiento previo de la fuente y
del instrumental empleado (1 hora de operación continua).
93
Voltaje de operación de Linea.- Operación dentro de
las condiciones impuestas (inciso 1, cap. II) entre
105 y 130 V c.a., esta «edición se llevo* a cabo con-
trolando el voltaje de Linea con un variac y hacien-
do la lectura con un voltaetro digital de valores R.
M. S., marca "FLOKS", sod. 9S00A, con un intervalo -
de frecuencia de 50 Hz a 10 KHx + 0.05% del valor
de la entrada aás 0.015% del intervalo de •edición
(1000 V.r.sus.)
Voltaje de salida máximo.- La fuente puede entregar
hasta 50 Ved + 5% debido a la tolerancia de R4Q -
(apéndice .-) , sin esbargo e6lo se garantiza su opera
don correcta, hasta 40 Ved.
Corriente de salida mixim».~ La fuente puede entregar
hasta 2.5 Jap c.d. + 5% debido a la tolerancia de -
R39' R13 y <R11 * R12íf h* c ± e n d o l a •*••• aclaración
que en el caso anterior, la operación adecuada se ga
rantiza hasta 2 Asp c.d.
Regulación a carga.- Manteniendo constante el voltaje
de Linea (115 V c.a. + 2%) y la teaperatura (25*C) se
obtuvieron los siguientes valores de regulación para
los correspondientes valores de voltaje de salida con
cero y «axis» carga:
94
yg - 40 Ved.
y9 m 20 "
Vg - 2 "
Bag. % - 0.0135
Meg*' * - 0.0170
Beg. t « 0.0950
Estos valoras pueden apreciarse mejor «n las gráficas
4.1 de las conclusiones, donde se da el factor de re-
gulación en función de líi corriente de carga y las va
riaciones del voltaje de linea. Bl AV se obtuvo de
coaparar el voltaje de salida de la fuente con el vo¿
taje de un estándar comercial, pre-fijadoj la medi-
ción se efectuó con un voltaetro digital conectado en
forma diferencial como se maestra en la figura 4.1
VoltmstroG
FuenteXstandar
Fuente aAñedir 3
Linea
Flq. 4.1 ' Interconeccion de instrumentos para obte
ner el factor de regulación y la resistencia de c.d.
de salida R.
95
•i
Los instrumentos usados para esta «edición fueron:
toa fuente estándar con voltámetro diferencial ( D. C. Stan
dard/Diferential voltmeter), sed. 740B con las siguientes
características de salida:
Voltaje de salida: a intervalos de 1 «Ved a 1000 Ved.
Corriente de salida: ajustable de 5 a 50 «A.
Resistencia de salida: señor que (0.0002 + 0.0001) -
oiias a c.d.
Regulación a carga: Menor que 0.0005% + 10 uV, sin -
carga y máxima carga.
Regulación a voltaje de Linea: menor que 0.0005% del
valor fijado más 0.001% de la escala.
y un voltaetro dijital sod. 3460B con una iapedancia
de entrada de 10 Megohms y sensibilidad desde £ 1 Ved con
seis dijitos, basta + 1000 V con una precisión de + 0.004%
de lectura» ambos de marca Hewlett t Packard. Los valores
de las resistencias de carga para cada medición, se obtu-
vieron con un puente de iapedancias de marca "esi", mod.
250DB.
Regulación a Linea. Manteniendo constante la carga y
la temperatura se obtuvo una regulación de 0.001% como en
el caso anterior, esta se apreciar! en las gráficas 4.1 de
las conclusiones.
Riso y Ruido. Osando un osciloscopio de alta ganan-
cia, marca Tektronix, mod. 7904, con una sensibilidad de
10 iiV/div. y un ancho de banda de 50 MHx. se midi6 el rui-
96
do con un valor aproximadamente 80 pvpp fotografía 4.1 a,
y el rizo con un valor picopico de 400 iiVpp fotografía -
4.1 b; en ambos casos como lo indican las fotografías, la
sensibilidad vertical del osdloscopio fue de 200 pV/div.
y el tiempo de 5 aS.
Intervalo de Temperatura.- Se podo coaprobar que la
fuente opera satisfactoriaaente entre 3 y 60"C.
Estabilidad.- Después de 8 hrs de operación continua
manteniendo el voltaje de línea constante así COBO la tea
peratura y la carga, el voltaje de salida tuvo una desvia
ci6n máxima de 200 aV., lo que equivale a una estabilidad
de 0.5%. Para esta medición se utilizó el aisao voltmetro
que el caso de la regulación a carga conectado a un graf¿
cador de la misma marca, mod. 7101BM.
Impedancia de salida.- Por métodos indirectos se ob-
tuvieron los siguientes valores de iapedancias, para lo*
correspondientes intervalos de frecuencia.
Ro - 0.0025 Q resistencia en c.d. atxiaa (gráfica -4.2 de las conclusiones)
| ÍQ |-0.011 o de 100 Hs a 1 ras
|XQ |-0.2 a de 1 U s a 100 O s
|ZQ |«2.1 a de 100 XHs a 1
La figura 4.2 muestra la magnitud de la impedancia
contra frecuencia.
i(a)
Fotografía 4.1 Rizo y Ruido «adido a la Fuente
(a) Raido, (b) Rizo.
98
Ohms
10
1
.1
.01H.
100 IK 10K 100K IM 10M
Figura 4.2 Inpedancia de salida de la fuente.
Los instrumentos empleados para esta sedición fueron
un generador de ondas Marca "Waretek", nod. 135 con iape
dancia de salida de 50 Q , un osciloscopio Barca "Tektro
nix", nod. 7904 con características antes Mencionadas, -
interconectados coso se Muestra en la figura 4.3
<riL
Osciloscopj
J1
-
Generador
Figura 4.3 Método de usado en la •edición de la ¿m-
pedancia de salida X.
99
Respuesta a transitorios,- la fotografía 4.2 nuestra
el efecto producido por an pulso de conestida y descone-
xión de la carga. La sensibilidad en el osciloscopio fue
de 0.05 V/dlv con una punta sin atenuación y el tiempo
es 0.5 seg/div. Las fotografías 4.3 a y b, muestran re£
pectivamente los tiempos de duración de los transitorios
producidos por el fenómeno antes «endonado. En el caso
de la fotografía 4.3 a, la sensibilidad vertical fue de
0.1 V/div con un tiempo de 10 seg/div; para la fotogra
fia 4.3 b, la sensibilidad en el osciloscopio fue de 0.1
V/div y el tiempo de 20 pseg/div; de tal «añera, que la
respuesta en uno y otro pico es de aproximadamente 6nseg.
50 uaeg, respectivamente.
Fotografía 4.2 Efecto producido por la conexión
y desconexión de la carga.
100
(a) (b)
Fotografía 4.3 a} Transitorio da Qrmtnriñnb) Transitorio de D—conexión
Finalmente s* cbacaron 'todos los sirt—•• de pro-
tección obteniéndose resoltados positivos. También se
chocaron sos modos da operación con similares resalta-
dos.
2) Modos de Operación„
•1 fnnHowisnt'o y condiciones de operación de -
la fuente se encuentran descritos con todo detall*. —
en el manual de operación del aparato. Sin —liwrfo, a
continuación se proporciona on resanan ilustrado de —
los nodos de operar de ésta fuente.
La fuente, mlents de poderse operar en la forma nor—
mal, es decir operarla a través de sos controles fron
tales, cono fuente da voltaje o cono fuente de c o -
rriente, puede ser utilizada • intarconectada con -
otra u otras fuentes compatibles f auto saris, auto
101
paralelo y referenda programada^ a través de las tear
mínales que se localizan en la parte trasera de la -
misma. Para la operación con 1¿M controles frontales,
las terminales posteriores deben de conectarse, como
se maestra en la figura 4.4.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
neutro vivo tierra
Fig. 4.4 Interconexión de las texmlnales posteriores,
para operar la fuente cam sus controles fron
tales..1 2 3 4 5 6 7 8 9
Fig. 4.5 Control remoto para voltaje constante
una resistencia de IHIMJI ama
Las terminales de la 10 a la IS, no deben
ningún caso, ya que éstas se rtn«f-fn»n para la
taje de linea, y tierra.
de vol
1 2 3 4 S 6 7 8.9
Fig. 4.6 Control reaoto como fuente de voltaje
un voltaje de referencia programado.
2 3 4 S 6 7 B 9
Fig. 4.7 Control remoto para corriente constante,
con una resistencia de referencia progra
da.
Fig. 4.8 Muestreo de voltaje a control remoto
Fig. 4.9 tato Sari*
1 2 3 4 5 6 7
\J\J
4.10 Auto parálalo
104
3) Conclusion—.
Coao conclusion— se gcsssnta una «va
luación económica aproximada del prototipo aqai dise.
fiado y construido, asi coso las perspectivas d* pro-
ducir en serie este tipo de fuentes. Y, flnilmsntn.
se comentan y se nacen rnrcmwmrtactonas sobre algunos
puntos del trabajo.
Costo del Prototipo.- Esta evaluación involucra dos
aspectos fundamentales one son: el costo de Material
y el costo de Mano de obra. Dentro del costo de ma-
terial, se incluyen todos los elememtos one forman -
parte del prototipo ais un 100% del costo de estos -
elementos, que se atribuye a partes daBadas dorante
el proceso de diseño y construcción. Por otro lado.
la mano de obra comprende el salario del diseñador,
más el salario de un ayudante de nivel técnico. Bs
importante sancionar qpe los precios d* estas compo-
nentes asi como los «alarios son del ano de 1975, -
tiempo en el que se terminó el prototipo.
Considerando los ponfos anteriores se tienes
Material usado en el prototipo..
Material no recuperable.........
Total del costo de matsrials
Salario del diseñador
Salario del técnico.............
Total de mano de obras
1,750.00
1.750.00
3,500.00
52,000.0014.000.00
66,000.003.500.00
$ 69,500.00
IOS
De donde el prototipo resulta tener
un costo aproximado de..............$ 70,000.00
Evidentemente, este costo resalta ser bastante ele
vado, sin embargo si se consideran los beneficios que de
este trabajo se derivan tales cornos formación de cuadros
humanos, desarrollo de tecnología y la satisfacción de -
una necesidad de la institución que lo patrocina. E«ta
necesidad se cubre completamente con una producción de
100 unidades, para lo cual se na estimado un costa aproxi
mado de $ 600,000.00 tomando en cuenta el material, la ma
no de obra y el costo del prototipo; de donde resulta -
un costo por unidad de $ 6,000.00. En la actualidad las
fuentes de similares características (Hewlett £ Packard,
mod. 6289A) tienen un costo aproximado de $ 15,000.00, co
mo se aprecia, la diferencia es considerable, con lo que
se puede concluir que el esfuerzo puesto en este trabajo
resulta aex positivo tanto para, la institución como para
el pals, el diseñador y todo* aqnCllos que participaron -
en el desarrollo del mismo; es importante mencionar que
ya se inició la producción de astas fuentes y que en la
actualidad se cuentan con 30 unidades.
Finalmente y como prueba comparativa de la fuente co-
mercial (HP) y la aquí diseñada, M obtuvieron las gráfi-
cas del factor da regulación en tres intervalos de volta-
je de salida, (gráfica 4.1) asi como las resistencias de
ssllda a c.d. RQ para los mismos intervalos de voltaje,
gráfica 4.2. En ambas gráficas se puede apreciar que la
106
regulación a carga para la fuente m disminuye a medí
da go* amanta el voltaje de aal tan, este efecto es peo
docido por deficiencias en la regolacién de la fuentre -
priaaria (transforaador, restiflcador y filtro}, sia mm
bargo, no foe necesario aejorar astas ya
esa desviación, la regulación de la fuente
las condiciones establecidas de 0.01% + 2 sflr.
Ss iaportante •endonar «1 bac&a de qee al aejo
rar las características del voltaje TT*1*^r para «1 -
circuito MC1466L por •eilio de na circuito
joraron satlsfactoriaaenter las ooadictoMe de
cite de todo el «1st—, oca» pueda apreciarse de Xa re
gulacite que,proporciona la iifor—ctürn del iateerasb -
(.03* referencia 5 ) y la obtenida asi form practica -
(.01%) taabian, d« aanera expert•sntal fee posible apre
ciar, que para la polarisacifta del clrcaito de —diclCa,
es a*s que suficiente usar tm circuito rejal ador coat an
diodo xeaer, en lugar de los reguladores de voltaje ia-
tagrados MCL723, con lo que se lograrla SB
derable en la producción serle de la
Mnalaente se qoaproeba qae los
nidos en forma practica quedas dentro del
características propuestas al Inicio de este trabajo.
•V
o
-1
-2
-3
V9 • 2V (ncm) I, mv0 Am 0
.75 Am -l
l.S Am -2
-3
V* - 2V(nom)
105 115 125VTM 115
0 Am1 Am
2 Am
125VXM
mv
0
-1
-2
-3
Vs * 20V(M
—
_ _ ! 1-
m)n.
~
" ~ — — .
0 Am
.75 Am
1.5 Mi
0
-1
-2
-3
105 115 125VCM 105 125VCM
mV
0
• 1
-2
-3
- 40V(nom) I,0 Ml
.75 Ml
1.5 Mi
mv0
-1
-2
-3
105 115 12SVHM
(*>
2 Am
125V*m«
Gráfica 4 .1 Factor d* Itagmlaclte (a) «Uant» Comwrcial (HP)(b) FiMUt* Disanada.
105VTM115VMM125VKM
•V
0
- 1
- 2
- 3
Vm - 2V(noa)
^ ^105VnuHSVnu125VtM
1.5 .1 2 Mi
mV0
- 1
- 2
-3
><
•
'• 2OV(nc
= ^
m)
lSVrmm125VMI
-i .75 1.5 Ma
- 3lOSVnullSVrss125VTMS
2 Mi
•V0
- 1
- 2
- 3
•
- 40V(n«0
lOSVrmm -115VTM
125Vn» -2
-3
.1 .75 1.5 AuI- 105Vxms
115VCM125VMW
2 fm. 1 1
(•) (bíGráfic* 4.2 Resistencia de Salida a C.O.R. (a) Fuente Co
•ercial (HP), (b) Áient* Diseñada.
109
Aptndice
AnSlisis de ana fuente regulada de voltaje constante
con el principio de operación empleado en el circuito re-
gulador MC1466.
Del diagrama eléctrico de la fuente (capitulo XX) po
llamos tomar los elementos importantes de la fuente en el
modo de operación de voltaje constante, cas» se muestra en
la figura a.l Fuente de corriente deireferencia
control de voltaje
rig. a.l Diagrama simplificado de la fuente regu-
lada de voltaje constante.
Aplicando el teorema de fheveniñ la fuente de corrien
te de referencia se tiene la correspondiente fuente de vol
taje con su resistencia interna «_, tasfrUn con el fin de
simplificar el aniciisis, se considera a la fuente primaria
y el regulador serla como la etapa de salida del operacio-
nal quedando el diagrama a.l como el de la figura a.2
110
Fig. a. 2 Amplificador operacional de potencia
co«o fuenta regulada de voltaje cons
tante simplificada.
de las figuras a.l y a.2
Ao Ao
a.l I_ • l.Q por la condición de operación de
los operacionales (cap. II)
a. 2 ..».«< o
donde
A_ es la ganancia del operacional en laxo abierto
y «in la etapa de salida.
A" es la ganancia del operacional aás lá ganancia
del circuito regalador serie de la figura a.2 con la ecua
I l l
cite a.l tenons:
V — V V — Va.3 I B * R » - VS o
«R *l7"~
factorizando a V\
. . 4 VS ( *R + B40> - «40 VR + *R V o
de a. 2
. . 5 V« ~ - Vo
Sub. a.5 an a.4 y despegando VQ sa tiene;
a.6 V. « - K40 VR
SI A¿
En la ecuación a.7 puede apreciarse que el voltaje
de salida de la fuente, depender* direct líente de las -
características de RR, R4Q y VR.
COMO R es una función de R.. y R, 2 y any en espe-
cial, de las características térmicas de tetas de donde
se optó por usar resistencias de película aetClica, las
cuales tienen bajo coeficiente de temperatura. Con el
112
( i
mismo criterio se seleccione la resistencia R.Q + 20 PP
M/ " C ) . El voltaje de referencia, V R se mejora considera
blemente al regular el voltaje auxiliar de polarización
del integrado (MC1466).
Para el modo de corriente constante se sigue un -
procedimiento similar al caso anterior obteniéndose la
figura a.3 y la ecuación a.8.
Fig. a. 6 Circuito simplificado de la fuente regula
da en el modo de corriente constante para
el sistema usado por el d . HC1466L
A. 81 • A*
donde
A1 es la ganancia total de Lazo abierto de todo elo
sistema con un valor aproximado dé 0.83 {obtenido en for
ma experimental).
113
y R . resistencias que foraan el divisor de
voltaje de referencia (500 y 18 K respectivaamite;
valores recomendado» por el fabricante).
R » 1 resistencia para anestrear la corriente
de salida, cuyo valor está dado por la ecuación 2.CA iaci
so (1) cap. II.
Cono en el caso de voltaje constante, también se usan
resistencias de película Metalizada para R ^ y alaabre pa
ra 8,. y RM .
BIBLIOGRAFÍA
1.- Design of Solid State Pomar Supplies. Eugene R.HnatekVan Hostraud Reinbold
2.- Regulated Power Supplies. Irving N.GottliebHoward w. Sams & Co., inc.
3.- DC Power Supply Handbook. Hewlett-Packard Go.
4.- Specification and Applications InformationMC1566L - HC1466L Motorola Semiconductors
5.- Operational Amplifiers, Design and ApplicationsJerald G. Graeme. Gene B. Tobey and LawrenceMe. Graw-Hill
6.- integrated circuits and Semiconductor DevicesGordon J. Deboo and Clifford •"- BurrousMe. Graw-Hill
7.- Electronic Principles: Albert Paul MalvinoHe. Graw-Hill
8.- Electronic Circuits Discrete and IntegratedDonald L. Schilling and Charles BeloveHe. Graw-Hill
9.- Análisis de Circuitos con SemiconductoresPhillip CutlerHe. Graw-Hill
10.- The Microelectronics Data Book. OperationalAmplifiers. HC1741 - MC1741C - Motorola
11.- Regulador de Voltaje Integrado MC1723 MotorolaSemiconductors
12.- Silicon Rectifier Handbook. Motorola
13.- Voltage Regulator Handbook. Hational
14.- Cooling of Electronic EquipmentAllan W. Scott Milay-lnterscience
15.- Handbook of Electronic PackagingCharles A. HarperMe. Graw-Hill
