Clase magistral. Aprende analizar circuito regulador voltaje variable 100V (clase 93.3)

¿Cómo funciona un regulador de tensión basado en transistores?

Introducción a las fuentes de alimentación lineales

• Se han explicado circuitos de fuentes de alimentación lineales basados en amplificadores operacionales y reguladores de tensión integrados.

• Las limitaciones en el voltaje de funcionamiento hacen complicado construir fuentes que regulen tensiones altas (60V, 80V, 90V).

Regulador utilizando transistores

• Se presentará un circuito regulador basado únicamente en transistores, con protección contra cortocircuitos y estabilización.

• El circuito incluye tres transistores, un diodo Zener, resistencias y un potenciómetro para ajustar la tensión de salida.

Funcionamiento del circuito

• La entrada proviene de una fuente no estabilizada que presenta variaciones; el objetivo es obtener una salida constante con poco rizado.

• La tensión entre colector y emisor del transistor T1 varía para mantener constante la tensión de salida.

Mantenimiento de la tensión constante

• La tensión base-emisor del transistor T2 se ajusta según las variaciones en la entrada para mantener la salida constante.

• La corriente que circula por R2 influye directamente en la estabilidad del sistema; si la carga es constante, esta corriente también lo será.

Análisis detallado del circuito

• Para que el transistor T2 conduzca, debe haber suficiente corriente a través de su base-emisor; esto depende del diseño del circuito.

• Si la corriente es insuficiente, T2 no conducirá y afectará el flujo hacia los demás componentes como el transistor T3.

Componentes clave y sus funciones

• El diodo Zener (1N5371), nominalmente a 60V, proporciona una referencia estable; su variación puede ser ±3V.

Variación de Tensión en Circuitos Electrónicos

Ajuste de Tensión con Potenciómetro

• Se discute cómo ajustar la tensión de salida utilizando un potenciómetro, donde se menciona que al colocar el cursor abajo se obtienen 120V teóricos y al moverlo arriba, la tensión disminuye a aproximadamente 63-64V.

• La variación en la tensión de salida es significativa al mover el potenciómetro; si se desea una variación más pequeña, se recomienda usar un potenciómetro de menor resistencia (1K).

• Para obtener diferentes valores de salida, es necesario modificar tanto el valor del capacitor como las resistencias en el circuito.

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Efecto del Aumento de Tensión

• Se explica que si la tensión de entrada aumenta, esto provoca un aumento en la tensión de salida. Sin embargo, este efecto debe ser regulado para mantener una salida constante.

• Al aumentar la tensión en el punto C del transistor, también aumenta la corriente base-emisor debido a que actúa como un diodo; esto resulta en una mayor corriente colector.

Regulación y Estabilización

• El aumento en la corriente base lleva a un incremento en la corriente colector del transistor 3, lo que afecta negativamente a otros transistores conectados.

• Si bien hay un aumento inicial en las corrientes, eventualmente puede haber una disminución en otras partes del circuito debido a interacciones entre transistores.

Respuesta ante Cambios en Carga

• Cuando hay cambios en carga (RL), si esta disminuye su resistencia pidiendo más intensidad, inicialmente puede disminuir la tensión de salida mientras el sistema reacciona para ajustarse.

Efectos de la Corriente en el Transistor

Comportamiento de la Corriente del Emisor y Colector

• La corriente del emisor es igual a la corriente de salida, lo que implica que si la corriente de colector aumenta, esto no se traduce en un aumento de la tensión de salida.

• Se observa un efecto estabilizador donde, aunque la tensión tiende a disminuir, el circuito reacciona aumentando la corriente para mantener constante la tensión de salida.

Impacto de Cambios en Resistencia

• Si R disminuye significativamente, la corriente aumentará considerablemente. Esto afecta las tensiones en el circuito debido a las resistencias involucradas.

• A medida que aumenta esta corriente, también lo hace la tensión entre base y emisor del transistor, permitiendo que comience a conducir.

Limitaciones por Aumento de Resistencia

• Un aumento en R2 limita el incremento adicional de corriente; cuando R2 aumenta, se frena el aumento continuo de esta corriente.

• Aunque se siga disminuyendo R, eventualmente la tensión comenzará a disminuir y limitará la potencia máxima disponible.

Simulación y Comprobación Real

Análisis Teórico y Simulación

• Se presenta una explicación teórica basada en simulaciones previas para validar los conceptos discutidos sobre el comportamiento del transistor.

Montaje Físico del Circuito

• El siguiente paso es montar físicamente el circuito con componentes reales después del análisis teórico y simulación.

Resultados Prácticos y Mediciones

Configuración del Circuito

• Se conecta una fuente sin estabilizar al circuito regulador utilizando un transformador para convertir 230 V a 120 V eficaces.

Mediciones Clave

• Se mide una tensión entre colector y emisor que permite calcular potencia disipada; se observan valores específicos como 60.6 V con una carga determinada.

Estado Operativo del Transistor

¿Cómo se comporta un transistor bajo diferentes cargas?

Comportamiento del circuito al ajustar la tensión

• Se observa que al aumentar la tensión, la corriente disminuye. En este caso, se registra una tensión de 105 V y una corriente de 420 mA, con una pequeña fuga de 5 mA.

• Al ajustar la salida a aproximadamente 70.6 V, se nota que el voltaje en el cener es de 66 V y la tensión base-emisor es de 0.8 mV, lo que indica un valor mayor al teórico esperado.

Efecto de modificar la carga en el circuito

• Al disminuir la carga, se incrementa automáticamente la corriente demandada por el circuito; en este caso, llega a ser de 862 mA mientras que la tensión permanece alrededor de 104 V.

• Con una resistencia del 10% (50 ohmios), se observa un ligero descenso en la tensión a 103 V y un aumento en la corriente hasta alcanzar los 2 amperios.

Limitaciones del transistor bajo alta carga

• A medida que se reduce aún más la resistencia (al 5%), comienza a conducir el transistor. La corriente aumenta a más de 3 amperios, pero ya no hay un mantenimiento constante en la tensión; esta empieza a caer.

• Cuando se ajusta a una resistencia baja (15 ohmios), se evidencia una caída significativa en la tensión de salida. Esto muestra limitaciones tanto en potencia como en corriente del transistor utilizado.

Necesidad de múltiples transistores para manejar potencia