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REGULADORES DE VOLTAJE
INFORME:
I. Objetivo:
Se ha realizado una práctica diferente en la que propone realiza un análisis simple de los reguladores de voltaje
Analizar el funcionamiento de reguladores de voltaje con diodo Zener y reguladores integrados.
II. Marco Teórico:
Un regulador de voltaje (también llamado estabilizador de voltaje o acondicionador de voltaje) es un equipo eléctrico que acepta una tensión de voltaje variable a la entrada, dentro de un parámetro predeterminado y mantiene a la salida una tensión constante (regulada).
Existen diversos tipos de reguladores de voltaje, los más comunes son de dos tipos: para uso doméstico y para uso industrial. Los primeros son utilizados en su mayoría para proteger equipo de computación, video, o equipo electrodoméstico. Los segundos protegen instalaciones eléctricas completas, aparatos o equipo eléctrico sofisticado, fábricas, entre otros. El costo de un regulador de voltaje estará determinado en la mayoría de los casos por su calidad y vida útil en funcionamiento continuo.
Principios de funcionamiento
Los reguladores electrónicos o a veces llamados acondicionadores, utilizan microprocesadores para regular el voltaje de manera monofásica. Su tiempo de respuesta y velocidad de regulación son muy rápidos además de ser económicos en comparación a los otros tipos. Los rangos de voltaje de entrada son reducidos y la precisión del voltaje de salida es de +/- 3% a +/- 5%. Además su diseño propicia que se desconecten para autoprotegerse en condiciones extremas de alto y bajo voltaje tendiendo a fallar y generando costos de mantenimiento, si es que pueden ser reparados, lo que puede ser muy costoso o en otras palabras, los convierte en productos de corta duración.
EL DIODO ZENER
Es un tipo especial de diodo que diferencia del funcionamiento de los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa) el diodo Zener siempre se utiliza en polarización inversa, en donde la corriente desea circular en contra de la flecha que representa el mismo diodo.
Símbolo del diodo zener (A – ánodo, K - cátodo)
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En este caso analizaremos el diodo Zener, pero no como un elemento ideal, si no como un elemento real y debemos tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.
Analizando la curva del diodo zener vemos que en el lugar donde se marca como región operativa, la corriente (Ir en la línea vertical inferior) puede variar en un amplio margen, pero el voltaje (VZ) cambia muy poco. Se mantiene aproximadamente en 5.6 V (para un diodo zener de 5.6 V).
Aplicaciones de l diodo Zener
La principal aplicación que se le da al diodo Zener es la de regulador.
¿Qué hace un regulador con Zener?
Un regulador con zener ideal mantiene un voltaje fijo predeterminado a su salida, sin importar si varía el voltaje en la fuente de alimentación y sin importar como varíe la carga que se desea alimentar con este regulador.
DIODO ZENER COMO REGULADOR DE VOLTAJE
Se llama voltaje no regulado aquel que disminuye cuando el circuito conectado a él consume más corriente, esto ocurre en las fuentes DC construidas con solo el rectificador y el condensador de filtro, en los adaptadores AC-DC y en las baterías. Un voltaje regulado mantiene su valor constante aunque aumente o disminuya el consumo de corriente. Una de las muchas formas de regular un voltaje es con un diodo Zener.
Características del regulador de voltaje con zener
El diodo zener se puede utilizar para regular una fuente de voltaje. Este semiconductor se fabrica en una amplia variedad de voltajes y
potencias. Estos van desde menos de 2 voltios hasta varios cientos de voltios, y la
potencia que pueden disipar va desde 0.25 watts hasta 50 watts o más.
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La potencia que disipa un diodo zener es simplemente la multiplicación del voltaje para el que fue fabricado por la corriente que circula por él. PZ = VZ * IZ
Esto significa que la máxima corriente que puede atravesar un diodo zener es:
IZ = PZ / VZ
Donde:- IZ = Corriente que pasa por el diodo Zener.- PZ = Potencia del diodo zener (dato del fabricante).- VZ = Voltaje del diodo zener (dato del fabricante).
Regulador De Voltaje
Un regulador de tensión es un
dispositivo electrónico diseñado con el objetivo de proteger
aparatos eléctricos y electrónicos sensibles a variaciones
de diferencia de potencial o voltaje y ruido existente en la
corriente alterna de la distribución eléctrica.
Los reguladores de tensión están presentes en las fuentes de
alimentación de corriente continua reguladas, cuya misión es la de proporcionar
una tensión constante a su salida. Un regulador de tensión eleva o disminuye la
corriente para que el voltaje sea estable, es decir, para que el flujo de voltaje
llegue a un aparato sin irregularidades. Esto, a diferencia de un "supresor de
picos" el cual únicamente evita los sobre voltajes repentinos (picos). Un regulador
de voltaje puede o no incluir un supresor de picos.
III. Esquema:
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Figura 1
Figura 2.
1) Presentar un cuadro todos los valores medidos en la práctica, compárelos con los valores teóricos y calcule los respectivos errores, justifique los mismos.
Acoplamiento DC de la carga
CIRCUITO 1 figura 3
MAGNITUD Multimetro
4[V] Voltaje RMS [V] 2.16
4
6[V] Voltaje RMS [V] 3.15
8[V] Voltaje RMS [V] 4.01
10[V] Voltaje RMS [V] 5.01
12.5[V]
Voltaje RMS [V] 5.25
15[V] Voltaje RMS [V] 5.34
Datos teóricos:
CIRCUITO 1
MAGNITUD Multimetro
4 [V] Voltaje RMS [V] 2.006 [V] Voltaje RMS [V] 3.008 [V] Voltaje RMS [V] 4.0010 [V] Voltaje RMS [V] 4.9712.5 [V]
Voltaje RMS [V] 5.12
15 [V] Voltaje RMS [V] 5.30
Cálculo de errores:
CIRCUITO 1
MAGNITUD % ERROR
4 [V] Voltaje RMS 7.40
5
6 [V] Voltaje RMS 58 [V] Voltaje RMS 0.2510 [V] Voltaje RMS 0.80412.5 [V]
Voltaje RMS 2.54
15 [V] Voltaje RMS 0.749
Ejemplo de cálculo aritmético de errores:
%Error=|Valor Medido−Valor Real|
Valor Real∗100
Para hallar el error porcentual del circuito 1:
%Error=|5 .34−5.30|
5 .34∗100=0 .749 %
Comentario de Errores:
Analizando atentamente los resultados obtenidos vemos que los índices de error
son relativamente bajos, este índice de error pudo ser producto de varios
aspectos como:
1)Algunas puntas de prueba se encontraban en mal estado.
Pero en sí los resultados muestran que hubo alto grado de similitud con los
análisis teóricos.
Conclusiones:
Felipe Zambrano
El diodo zener es un dispositivo electrónico cuyo punto de operación es
la región inversa y una de las aplicaciones más comunes es la de regular
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un voltaje. Sin embargo industrialmente su uso está limitado ya que sólo
opera con corrientes bajas.
Es esencial conocer las características y el voltaje de ruptura del zener
para saber a qué voltaje regulará. Ya que si no se aplica el voltaje
suficiente el zener no llegará al voltaje mínimo para la regulación. Por
ejemplo, para un diodo zener de 5.1 voltios es necesario aplicar un
voltaje mayor a los 11V para que comience la regulación.
Robinson Chicaiza:
Para que un diodo zener funcione correctamente es necesario polarizarlo
de forma inversa, ya que esta es su región de operación. Es fundamental
no sobrepasar un voltaje mayor al de regulación ni un voltaje menor al
codo zener.
Con el voltaje de codo de regulación y el voltaje máximo del zener es
posible calcular la resistencia del zener para diseño y cálculos teóricos.
Fausto Lincango:
El voltaje en el zener es igual a la carga que está en paralelo a este.
Una aplicación del diodo zener es la de una fuente de corriente, sin
embargo su rango es limitado por las corrientes bajas que suministra
por lo que su uso es limitado.
El diodo zener opera en la región de polarización inversa, a diferencia
del diodo común, la corriente que pasa por el zener es muy pequeña.
Bibliografía
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FLOYD, Thomas L. “Dispositivos Electrónicos”. Editorial Limusa. Primera Edición. México D.F. 1996.
RONALD, Tocci. “Ingeniería electrónica”, Editorial Indoamericana. BOYLESTAD y Nashelsky. “Teoría de circuitos”, Prentice Hall, 1997. SAVENT, J.C. “Diseño Electrónico”,1992.
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