TIPOS DE REGULADORES DE VOLTAJE CON TRANSISTORES

 

REGULADOR DE VOLTAJE EN SERIE.

El regulador en serie detecta un cambio en la salida de voltaje de la carga por medio de un circuito de muestreo que suministra un voltaje de realimentación para ser comparado con una referencia, así sí:

     1. El voltaje de salida aumenta, el comparador hace que el elemento de control baje el voltaje de salida.

 


 

 

 

 

 

     2. Si el voltaje de salida disminuye el comparador indica al elemento de control que suba el voltaje de salida.

 

 

Regulador de voltaje en paralelo.

El regulador en paralelo proporciona una regulación por medio de corriente que se deriva de la carga, para regular el voltaje de salida.
El voltaje no regulado de entrada da una corriente a la carga, parte de esta corriente se deriva por el elemento de control para mantener el voltaje de salida regulado.

 

 

 

 

 


Diagrama de bloques de regulador en paralelo

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Diagrama de bloques de regulador en serie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cuadro de texto: VbeCIRCUITO REGULADOR EN SERIE

 

Cuadro de texto: Vo = Vz-Vbe El funcionamiento de este circuito se explica al notar que si el voltaje de salida aumenta el voltaje base-emisor disminuye pues el voltaje zener se mantiene constante, así, la excitación del transistor es menor provocando que la corriente de colector disminuya y por ende la corriente de carga disminuyendo así, el voltaje de salida.

 

Regulador en serie mejorado.


Cuadro de texto: Vbe+Vz = V2 = R2/(R1+R2)*VoCuadro de texto: Vo = (R1+R2)/R2*(Vz+Vbe2)Este circuito es mas practico que el anterior por el hecho de que un transistor es ahora el que maneja la corriente de base de Q1 por lo que es más sensible a los cambios de voltaje de la salida.

Su funcionamiento es casi igual al anterior, si el voltaje de salida aumenta el voltaje V2 también lo hace, como el Vzener es fijo el Vbe2 también aumenta provocando que la corriente de base de Q2 suba y por ello la de colector Q2, lo que resulta en una corriente de base de Q1 menor que a su ves reduce la corriente de colector de Q1, así, la IL se ve disminuida bajando el voltaje de salida.

 

Cuadro de texto: Vi

REGULADOR EN SERIE.

Cuadro de texto: Vo=(Vz+Vbe)*R2/(R1+R2)Aunque este circuito es prácticamente igual al anterior, una de sus ventajas es que el diodo zener es polarizado a través de R3 y toma su corriente a la entrada del regulador, es decir, a la salida de la fuente no regulada evitando así drenar corriente que puede ser necesaria en la salida como en el caso anterior donde la corriente del zener es tomada de la corriente que se dirige a la carga,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Regulador con salida ajustable


Cuadro de texto: Vo=Vz+Vbe+b*VoLa salida de voltaje de este regulador puede ser ajustada con el potenciómetro R2, podemos variar así este voltaje y ajustarlo a un nivel conveniente para nuestra aplicación, por lo demás el principio de funcionamiento es el mismo que los anteriores.

 


Regulador con doble zener


Si es necesaria una salida de voltaje mayor se puede hacer uso de dos diodos zener, esto

 

 

permite valores de salida de mas de 20 V dc dependiendo de los voltajes de los diodos zener escogidos, note que este valor también se puede ajustar finamente con el uso del potenciómetro R2.




 

Par Darlington

Hay una forma de aumentar la ganancia efectiva del transistor, usando dos transistores. Esto se logra colocando los transistores de tal forma que el emisor de uno esta manejando la base del otro y conectando juntos los colectores. Esto es conocido como un par Darlington, y puede ser usado como un solo transistor común emisor, seguidor de emisor, etc.

 La ganancia total de los dos es: G1 x G2 = Gv total, por lo que la ganancia de corriente aumenta.

 



Regulador con par Darlington

 

Cuadro de texto: VoCuadro de texto: Vi

Vemos que la corriente disponible con esta configuración Darlington para entregar a la carga es mayor, la limitante de los reguladores en serie con respecto a la corriente de carga, que en todos los casos depende exclusivamente de la corriente de colector del transistor, se ve mejorada con la implementación de esta configuración.

 


Cuadro de texto: R3Cuadro de texto: 1WRegulador con limitación de corriente


En ocasiones mas que aumentar la corriente de entrega a la carga se desea limitar a un cierto valor la corriente consumida por la carga. En estos casos se puede usar la configuración aquí mostrada.

En el momento que la corriente de carga exceda por ejemplo los 600 mA la resistencia de limitación de corriente polariza la base de Q3  la corriente de colector Q3 circula a través de R3 disminuyendo la corriente de base Q1, esto atenúa la tensión en la carga pues la corriente de colector Q1 disminuye. Note que la disipación de potencia en Q3 cuando este conduce esta dada por PQ3=   (vi-vbe)* I max,Q3. Es decir, casi todo el voltaje de entrada aparece en el Vce de Q3.

Si la corriente de colector Q1 es menor que 600 mA  Q3 no trabaja y el circuito funciona como los anteriores.


REGULADORES EN PARALELO


REGULACIÓN CON DIODO ZENER


OPERACIÓN DEL ZENER

 

Se debe tomar en cuenta a la hora de usar un diodo zener, que para que este funcione se le debe entregar una corriente mínima de zener, es decir, la corriente de carga tiene esta pequeña limitación.


Diseño del zener

Se empieza escogiendo el zener que nos va a dar el voltaje que deseamos. La resistencia, Rs, puede ser calculada usando la formula. Esta resistencia permite suficiente corriente fluyendo a través del zener para mantener el voltaje de regulación mientras se entrega corriente a la carga. Si Rs es muy grande, el zener tendrá una deficiencia de corriente cuando la carga es muy grande. Si Rs es muy pequeña, el zener pasara demasiada corriente y puede exceder la potencia del mismo. La potencia del zener esta dada por  Pz.

Regulador de voltaje en derivación a transistor


 La resistencia Rs baja el voltaje no regulado en una cantidad que depende de la corriente dada a la carga.

Si Rl baja disminuyendo Vo, la corriente Ib disminuye por lo que Ic es menor provocando que la IL sea mayor aumentándose así el voltaje de salida y manteniéndose la regulación.

Regulador en paralelo mejorado

Cuadro de texto: Vo = Vz+Vbe2+Vbe1

En este circuito Q2 maneja la base de Q1 al contrario del anterior que era el zener, lo que podría provocar que en cierto momento la corriente de base no fuera suficiente para el zener y para el transistor por lo que la regulación se perdería.

 El diodo zener proporciona un voltaje de referencia de manera que el voltaje a través de R1 es sensible al voltaje de salida a medida que el voltaje de salida tiende a variar, la corriente derivada por Q1 se modifica para mantener constante la salida. Q2 suministra una mayor corriente de base a Q1 que en el anterior por lo que el regulador maneja una corriente de carga más grande. El voltaje de salida se establece por el zener y el voltaje  de las dos uniones B-E de Q1 y Q2.

 

 

Para finalizar la diferencia fundamental entre estos dos tipos de reguladores es que en el regulador en serie la corriente de carga esta limitada casi exclusivamente por la capacidad de corriente de colector del transistor respectivo, en cambio, en el regulador en paralelo el transistor solo actúa para disminuir o aumentar su flujo de corriente de colector para así dejar pasar mas o menos corriente a la carga para mantener la regulación, por lo que la corriente de carga solo depende de la corriente que pueda entregar la fuente de voltaje no regulada a la cual conectaremos el regulador  y la carga.