1. FUENTE REGULADA DISCRETA COMPLETA
Presentado por:
ANGELA JULIETH MORENO
CRISTIAN CAMILO ARGUELLO
UNIVERSIDAD DEL CAUCA
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES
LABORATORIO I DE ELECTRONICA
2012

2. FUENTE REGULADA DISCRETA COMPLETA
Presentado por:
ANGELA JULIETH MORENO Cód.: 100611010423
CRISTIAN CAMILO ARGUELLO Cód.: 100611010239
Presentado a:
INGENIERO
EDGAR MARIO GUSTIN
UNIVERSIDAD DEL CAUCA
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES
LABORATORIO I DE ELECTRONICA
2012

3. FUENTE REGULADA DISCRETA COMPLETA
Cuenta con los siguientes bloques:
* Fuente de corriente constante
* Red de muestreo
* Red de comparación o error
* Elemento(s) de paso o amplificación.
* Protecciones
Las características de la fuente a diseñar e implementar son:
* Voltaje de salida: 9 voltios constantes
* Corriente de carga: 400 mA.
* Protección contra corto circuito, que incluye piloto de aviso de corto-circuito.
* Piloto de aviso de Funcionamiento general.
1. OBJETIVOS
 Diseñar una fuente regulada, que cumpla con las especificaciones dadas por el
usuario.
 Fortalecer los conocimientos adquiridos en el curso de Electrónica Básica sobre los
fenómenos de rectificación, filtrado y regulación de una señal AC.
 Aplicar los conocimientos teóricos de las diversas configuraciones y aplicaciones
de los dispositivos electrónicos.
 Adquirir destreza y habilidad para solucionar los diversos problemas que se
presenten a través de todas las fases de diseño, con el fin de desarrollar soluciones
que lleven al buen funcionamiento del circuito.
 Implementar el circuito teniendo en cuenta los criterios de diseño.
 Analizar los parámetros que permiten la mejor región de operación de los
dispositivos logrando mayor estabilidad, disminuyendo los cambios que pueda
sufrir el diseño.

4. 2. ESPECIFICACIONES
El usuario desea una fuente de poder DC regulada, cuya regulación tenga fuente de
corriente constante, red de muestreo, red de comparación o error, elementos de paso o
amplificación, red de protección contra cortocircuito que entregue un voltaje de salida de 9
voltios con corriente de carga de 400mA. Teniendo como entrada la señal de línea que
presenta 120Vrms a 60Hz.
Para cumplir las exigencias del usuario es necesario reducir los valores de voltaje de la
señal de entrada a la fuente de poder regulada para convertirla en una señal pulsante ya sea
eliminando los semiciclos negativos o aprovechando toda la onda convirtiéndola en una
señal unipolar. Después de rectificar la señal se regula el voltaje para que la señal a la
salida presente la menor variación posible.
A continuación se presenta el diagrama de bloques, en el que se sintetizan las funciones
anteriormente descritas y se establecen los submódulos usados para el diseño de una fuente
regulada:
Transformador Rectificador Filtro Pasa Regulador de
Señal A.C. Carga
Reductor Onda Completa Bajos Voltaje
Diagrama de bloques de una fuente D.C. regulada.
2.1 Transformador de entrada: Reduce el voltaje nominal de línea 110Vrms a un nivel de
voltaje deseado.
2.2 Circuito rectificador: Se encarga de convertir el voltaje A.C. del secundario del
transformador a un voltaje D.C. pulsante. En este circuito la tensión de salida es una
onda sinusoidal rectificada completa.
2.3 Filtro pasabajo: Consigue convertir el voltaje D.C. pulsante entregado por el circuito
rectificador en un señal casi continua, lo cual se logra fundamentalmente con un
capacitor electrolítico o polarizado. El voltaje entregado por el condensador presenta un
pequeño rizado.

5. 2.4 Regulador de voltaje: Su función consiste en mantener el voltaje de D.C. de salida de
la fuente constante frente a las variaciones de la corriente de carga y del voltaje de
línea.
2.5 Carga: Esta consiste en aparatos o circuitos que se conecta a la fuente para ser
polarizados.
3. DISEÑO Y JUSTIFICACIÓN DEL CIRCUTO SELECCIONADO
3.1 TRANSFORMADOR DE ENTRADA: En este módulo se utilizará un transformador
que se encarga de reducir el voltaje primario de 110 Vrms de la red a un voltaje
secundario de valor 11 Vrms, por lo tanto este elemento presenta una razón de vueltas
de 1:10.
En este diseño se continuará
trabajando con un voltaje
pico, por ello es necesario
multiplicar por el voltaje
de salida 11Vrms.
3.2 CIRCUITO RECTIFICADOR: Está constituido por un puente de diodos que se
encarga de hacer una rectificación de onda completa con el objetivo de aprovechar los
dos semiciclos de la señal entregada por el módulo anterior.
En este caso el voltaje de entrada es una onda
sinusoidal variable en el tiempo, se realiza
rectificación de onda completa para evitar pérdidas
en la señal de entrada y de esta manera el proceso
de conversión de AC a DC se hace más fácil, no
se usa un rectificador de media onda porque se
estaría “perdiendo” la mitad de la señal antes de
establecer el nivel de DC deseado; utilizar la
rectificación de onda completa mejora en un 100%
el nivel DC obtenido a partir de la entrada sinusoidal.
A pesar de que el voltaje rectificado no es un voltaje filtrado, contiene una componente DC
y una componente de rizo; una ventaja de la señal rectificada de onda completa es que
tiene menos rizo que una señal rectificada de media onda y por eso resulta mejor para
aplicar a un filtro.

6. 3.3 FILTRO PASABAJO:
Se utiliza un filtro de capacitor simple
para generar un voltaje DC pulsante y
oscilante pero más estable. Tanto más
pequeño sea la variación AC con respecto
al nivel DC, mejor será la operación del
circuito con filtro.
3.4 REGULADOR DE VOLTAJE:
Esta es la etapa en donde el voltaje que cae en la carga RL del circuito anterior se convierte
a 9 voltios que es lo que se pide inicialmente.
Se evaluara varios elementos presentes en el circuito regulador:
3.4.1 Elemento de paso de control: Lo que se utiliza como switch que controla la
corriente, suele ser un transistor (2N2222).
3.4.2 Fuente de Corriente: Ubicada al comienzo de la etapa de regulación, no es
variable, su valor es fijo gracias a que existen voltajes de zener nominal.
3.4.3 Referencia de tensión: Se constituye como un diodo zener teniendo una resistencia
Rz (Resistencia de zener).Sirve para detectar errores en la red de muestreo.
3.5 RED DE MUESTREO: Circuito de dos resistencias las cuales se usan para calcular
voltajes a partir de la carga gracias a un divisor de voltaje.
3.6 PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGA: Permite que el circuito no tenga
problemas cuando una resistencia de carga muy pequeña requiera de mucha corriente.
3.7 PROTECCIÓN CONTRA CORTO: Cuando hay un corto en la salida, 2 diodos en
serie se polarizan inversamente y se abren, esto hace que el transistor que va a tierra
entre en corte y se cortocircuite.
4. CALCULO DE COMPONENTES
A continuación se presenta un análisis del circuito diseñado con los respectivos cálculos
teóricos que permiten determinar el valor de los elementos a usar:
La señal de entrada es de 120 Vrms tomados de la red eléctrica local (condición del
problema). Se utilizará un transformador cuya relación de vueltas es de 10 a 1 obteniendo
de esta forma 12 Vrms.

7. V 1  120Vrms
Vo  12Vrms
V 1 N1 120 10 120
    Vo   12Vrms
Vo N 2 Vo 1 10
Vp  Vrms * 2  12 * 2  16.97Vp
De acuerdo con las mallas que se presentan en el puente de diodos para los semiciclos
positivos y negativos, se encuentra el voltaje rectificado V2 con la ecuación:
V2 = Vp–1.4 = 16.97-1.4 V2 = 15.57v
Para efectos del manejo de una alta corriente de salida, es conveniente usar un diodo zéner
de 1W. En este caso se asumió un voltaje de zéner nominal de 12 V para obtener el zéner
fácilmente en el comercio, ya que zéners de voltajes inferiores se encuentran pero con una
potencia menor y corren mayor riesgo de quemarse.
Diagrama de circuito regulador de voltaje.
En base diagrama anterior se hallan las siguientes componentes:
4.1 Selección de los diodos zener y
El voltaje de salida se puede expresar así:
Vo  VBE 4  VBE 3  VCE 2  VR (1)

8. Si los transistores son del mismo material:
VBE 4  VBE 3  VBE
Entonces: VR  Vo  2VBE  VCE 2 (2)
Tomando como criterio que VCE 2 está en región activa, esto implica que VCE 2 >1v, y como
y son constantes escogemos un valor para tal que VCE 2 del transistor este en
región activa,
Resumiendo se escoge un valor comercial de VR tal que:
Pot(max)Q2
VCE ( SAT )  VCE 2 
Io
Una buena elección es hacer:
Vo
VCE 2  VR   VBE (3)
2
Reemplazando:
Selección del Diodo
El voltaje de entrada no regulado se puede expresar como:
Vin  VZ 1  VBE1  VEC1  VBE 3  VBE 4  Vo (4)
Si utilizamos transistores del mismo material VBE1  VBE 3  VBE 4  VBE entonces:
VEC1  (Vin  (VBE  Vo))  VZ 1 (5)
La escogencia de VZ1 se va a reflejar en la capacidad que va a tener la fuente para
responder ante variaciones del voltaje de entrada Vin. Esto es, si se escoge un valor para
VZ1 demasiado alto puede suceder que para un valor de Vin mínimo el término
(Vin  (VBE  Vo))  VZ 1 puede hacerse negativo, si suponemos VBE y Vo constantes. Pero
como esto no es factible que suceda pues el voltaje VCE > 0, necesariamente deberá
disminuir Vo para que la ecuación (5) se siga satisfaciendo:
De acuerdo a lo anterior deberá escogerse VZ1 tal que: VEC1  VEC1 ( SAT )
Lo que lleva a:
(Vin  (V BE  Vo ))  VZ 1  VEC1( SAT ) (6)

9. La anterior desigualdad puede transformarse en igualdad para el caso en el que se tenga
Vin = Vin(min), o sea:
(Vin (m in)  (V BE  Vo ))  VZ 1  V EC1( SAT )
Por lo tanto:
VZ 1  Vin (m in)  (VBE  Vo  V EC1( SAT ) ) (7)
Si comercialmente no es posible conseguir un valor para VZ1 que satisfaga con exactitud la
ecuación (5), deberá escogerse entonces VZ1 tal que:
VZ 1  Vin (m in)  (V BE  Vo  V EC1( SAT ) ) (8)
Se tiene =15.57 esto implica:
VINMAX = 15.57V + 0.5V =16.07V
VINMIN = 15.57V – 0.5V = 15.07V
Reemplazando en la ecuación 8
4.2 Selección de la Fuente de corriente
Una vez seleccionado VZ1, se debe escoger el valor apropiado de Io que mantenga al
transistor Q2 en su región lineal suministrando además la corriente necesaria en todo
momento al transistor amplificador Q3. Esto es:
Io  I B 3 m ax  I E 2 (9)
IE2 es la corriente requerida por el transistor Q2 para permanecer en su región lineal, previa
escogencia del voltaje VCE2. Es importante aclarar aquí que IE2 va a estar variando de
acuerdo a los requerimientos de la corriente de carga IL, entre los siguientes valores, a
saber:
I E 2 m in  Io  I B 3 m ax
I E 2 m ax  Io dado que: I B 3  0, I L  0, RL  

10. Pot (max) Q2
Esto es: I B 3 m ax  I E 2  (10)
VCE 2
Una buena elección es hacer:
I E 2  3I B 3 m ax
Io  I B 3 max  I E 2  Io  4 I B 3 max
Por lo tanto: Io  4 I B 3 m ax
Conociendo ILmax y suponiendo: I L m ax  I 4  I M
I L m ax  ( I 4  I M ) I
I B 3 m ax   L m ax
hfe 3 hfe 4 hfe 3 hfe 4
Por lo tanto:
4 I L m ax
Io  (11)
hfe 3 hfe 4
Conociendo que y tomando hfe 3  hfe 4  100 obtenemos el valor de
Luego
VZ 1  VBE1
R3  (12)
Io
4.57  0.7
R3   24k
0.16mA
Haciendo elegimos
Para que trabaje en región zener
Vin  V z1
I Z1   I z1 (codo) (13)
R5

11. Los diodo normalmente
Con ello podemos hallar ya que:
Vin (min)  Vz1 15.07  4.57
R5    1k
I z1( codo) 10mA
4.3 Red de muestreo
Suponemos que IM >> IB2 por lo que podemos expresar IM como un divisor de voltaje
independiente del efecto de carga que pueda presentar la impedancia vista desde la base del
transistor Q2:
R2  Rp 2
VM  Vo (14)
R1  R2  Rp 2
Si llamamos a:
Rp  Rp1  Rp 2 R   R1  Rp1 R  R2  Rp 2
R 
VM  Vo
R   R 
De aquí tenemos que
-
De estos resultados y haciendo Rp=0 obtenemos que R´=750 y R”=1.5k
4.4 Referencia de tensión
Se escoge I4(óptima) de tal manera que el diodo de referencia VR se encuentre en la región
de regulación o región zéner.
Vo  VR 9  5.2 3.8V
R4     380 (15)
I 4(optima ) 10mA 10mA
4.5 Selección de transistores
La selección de los transistores se hace con base en la potencia máxima que puede llegar a
disipar cada uno de ellos. Las potencias para cada uno de ellos serán:

12. Transistor Q1:
PQ1  VCE 1 m ax  Io
 
PQ1  Vin (m ax)  (VZ 1  Vo  V BE )  Io (16)
Transistor Q2:
PQ 2  VCE 2 m ax  I E 2 (m ax)
VCE 2  cons tan te  Vo  2VBE  VR = 9+2x0.7- 5.2v=5.2
PQ 2  (Vo  2VBE  VR )  Io (17)
Transistor Q3:
Vin max  (Vo  VBE )  I L (max)
PQ3  (18)
hfe4
15.07  (9  0.7)  400mA
PQ3   0.1w
100
Transistor Q4:
PQ 4  (Vin m ax  Vo )  I L (m ax) (19)
PQ 4  (15 .07  9)  400 mA  2.4 w
4.6 Protección contra corto
Para asegurar que los diodos se encuentren en la región de saturación suponemos una
corriente entre 10 mA ≤ I1≤ 20 mA para nuestro caso se toma como 15mA.
Con ello hallamos el valor de la resistencia que hace parte de este circuito.
Rs = (Vo - Vdiodos) /15mA=(9-1.4)/15mA=506Ω

13. 5. CARACTERISTICAS DE LOS ELEMENTOS
 Transformador: Este dispositivo hace parte de los materiales del laboratorio de la
facultad. Tiene como objetivo convertir la corriente alterna de alta tensión (110Vrms) y
débil intensidad en otra de baja tensión y gran intensidad, o viceversa. En este caso
buscamos un número de fases mayor y una tensión conveniente A.C. (10 Vrms) para el
funcionamiento del rectificador.
 Diodos rectificadores: Son diodos comúnmente de Silicio cuyo voltaje de umbral es
0.7 V, reciben el nombre de diodos rectificadores por emplearse en el proceso de
rectificación, sus valores nominales de potencia y corriente son por lo general mucho
más altos que los de los diodos utilizados en otras aplicaciones.
 Capacitor: Se utilizará un condensador electrolítico porque el valor de capacitancia
empleado el bastante alto.
 Diodo zéner: Es un diodo que regula 6.8v con capacidad máxima de manejo de
potencia de 1 vatio.
 Transistor (TIP31): Es un transistor NPN de Silicio amplificador de potencia, estos
operan con voltajes pequeños y pueden admitir corrientes relativamente intensas.
6. DIAGRAMA ELECTRICO TOTAL
TR1
BR1
FUENTE1 Q4
+88.8 +88.8
TIP31
AC Volts AC Volts
+88.8
mA
TRAN-2P2S +88.8 C1 R3 Q3
+88.8
Amps
BRIDGE AC Volts 2200uF +88.8 22.5k
PN2222
Volts
D1
MZD4V3 R4 R1 R6
384 760
7.5
+88.8
Volts
RL
23.1 +88.8
Q1 Volts
TIP32
D3
R5 +88.8 DIODE
1k mA
Q2
+88.8
Volts
2N2222 R2
15 D4
DIODE
+88.8
Volts
D2
BZX55C5V1

14. 7. PLAN DE PRUEBAS Y DATOS ESPERADOS
Para comprobar el funcionamiento de cada una de las etapas se utilizará como herramienta
básica de medida el Osciloscopio, debido a que es indispensable verificar formas de onda,
niveles de voltaje y de frecuencia en la respuesta de cada etapa.
SEÑAL DE ENTRADA: Inicialmente se debe determinar la señal real que
proporciona la red eléctrica local debido a que la señal de A.C. que en teoría
presente 110Vrms a 60Hz es bastante inestable y depende de muchas condiciones
externas.
TRANSFORMADOR: Este elemento debe recibir la señal de la red y presentar en
sus terminales de salida una señal A.C. bipolar reducida 10 veces y con igual
frecuencia con respecto a su entrada. Corroborándose que los voltajes se aproximen
a los valores indicados en el diseño y la forma de onda y su nivel ( onda de entrada
y de salida ) se mantengan.
RECTIFICADOR: Inicialmente se verificará la correcta conexión del puente de
diodos para obtener el funcionamiento adecuado, para posteriormente realizar el
análisis de la señal de salida la cual debe ser pulsante con rectificación de onda
completa y un voltaje de aproximadamente 15 V.
FILTRO: Debe responder a las necesidades del circuito. Para la función de filtraje
que debe cumplir se ha trabajado de uso general, ya que presenta alta tolerancia de
capacidad en un pequeño volumen.
REGULADOR: Para este módulo inicialmente se debe dividir en submodulos para
comprobar la correcta conexión de los elementos que los constituyen a estos mismos,
como son la fuente de corriente, la red de muestreo, la protección contra corto y la
referencia de tensión. Esta verificación se realizará primero con protección y luego sin
protección contra corto circuito.

15. 8. APLICACIONES DEL SISTEMA DISEÑADO
La fuente regulada se encarga de mantener un voltaje de salida regulado en un rango de
corrientes de carga. Conforme el voltaje de salida trata de variar, una parte de la corriente
se consume en los elementos del circuito para mantener el voltaje regulado a través de la
carga. Para cambios en la resistencia de carga se produce una variación en el voltaje
colector emisor del transistor que permite regular el voltaje suministrado a la salida.
El sistema diseñado se puede aplicar en la polarización de elementos (C.I.), o de circuitos
que necesiten un voltaje regulado constante. Por ejemplo, el caso de la familia de
circuitos integrados TTL que para un óptimo funcionamiento necesita una polaridad de 5
VDC, y se podrían obtener mediante una re evaluación de dispositivos del circuito
diseñado.
Una de las aplicaciones más importante, puede ser la de aplicar este sistema como
supresor de picos de voltaje, aprovechando las características del diodo zéner a los cambios
bruscos de voltaje.
9. LISTADO DE LOS ELEMENTOS
 1 Transformador
 1 Puente de Diodos
 1 Condensador
 2 Diodos Zener
 7 Resistências
 2 Diodos
 1 Transistores PNP
 2 Transistores NPN

16. 10. BIBLIOGRAFIA
 CUBILLOS mariano, MOSQUERA Victor Hugo; Circuitos analógicos I.
 BOYLESTAD, Robert y NASHELSKY, Louis. Electrónica: Teoría de circuitos sexta
edición. Editorial Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. Mexico 1997.
 http://www.info-
ab.uclm.es/labelec/Solar/elementos_del_pc/fuentes_de_alimentacion/f/f_pdf.pdf