Construcción de fuente de alimentación regulada por diodo zener

I.- FUNDAMENTO TEORICO

FUENTE DE ALIMENTACION

Una fuente de alimentación o de poder, convierte la corriente alterna (220 VAC) de la línea en corriente continua (CC o DC) para alimentar los diferentes equipos electrónicos.

DIAGRAMA EN BLOQUES DE UNA FUENTE DE ALIMENTACION

La fuente de alimentación consta de las siguiente partes:

fuente filtrada

a.- TRANSFORMADOR DE ENTRADA

Reduce el voltaje de la línea o red al voltaje de AC necesario para lograr un voltaje de salida DC adecuado.

b.- CIRCUITO RECTIFICADOR

Esta conformado por dos o mas diodos de silicio. Estos se encargan de dejar pasar los semiciclos positivos o negativos de la tensión AC entregados por el transformador de entrada. A este proceso de dejar pasar los semiciclos positivos o negativos de la AC se conoce como rectificación positiva o negativa respectivamente.

c.- FILTRAJE

Constituido generalmente por condensadores mayores de 100 uF con o sin bobinas de choque, los cuales se encargan de eliminar el rizado en la salida.

d.- ESTABILIZADOR DE VOLTAJE

Mantiene constante el voltaje de salida de la fuente contra variaciones de consumo de corriente del equipo o carga conectada en los terminales de salida de la fuente.

e.- REGULADOR DE VOLTAJE VARIABLE

Básicamente compuesto por una resistencia variable de tipo lineal y semiconductores asociados. Su propósito es ajustar el voltaje de salida DC de la fuente al voltaje de carga o equipo conectado en los bornes de salida de la fuente.

f.- CIRCUITO DE PROTECCION

Evita que los dispositivos y componentes electrónicos se deterioren por efecto de cortocircuito o excesivo consumo de corriente en los bornes de salida de la fuente.

EL DIODO ZENER

Los diodo rectificadores y los diodos para señales pequeñas nunca se emplean intencionalmente en la región de rompimiento, ya que esto podría dañarlos. Un diodo Zener es diferente, se trata de un diodo de silicio que se ha diseñado para operar en la región de rompimiento. En otras palabras, a diferencia de los diodos ordinarios que nunca trabajan en la región de rompimiento, los diodos Zener funcionan mejor en la región de rompimiento. Llamado a veces diodo de rompimiento, el diodo Zener es la esencia de los reguladores de voltaje, los cuales son circuitos que mantienen el voltaje casi constante sin importar que se presenten grandes variaciones en el voltaje de línea y la resistencia de carga.

fuente filtrada

La Fig. A muestra el símbolo de un diodo Zener. Variando el nivel de impurificación de los diodos de silicio, el fabricante puede producir diodos Zener con voltaje de rompimiento que van desde 2 hasta 200 V. Estos diodos pueden operar en cualquiera de las tres regiones: directa, de fuga y rompimiento.

fuente filtrada

La Fig. B muestra la gráfica I-V de un diodo Zener. En la región directa, comienza a conducir aproximadamente a los 0.7 V igual que un diodo ordinario de silicio. En la región de fuga (entre cero y el rompimiento) exhibe solamente una pequeña corriente inversa. En un diodo Zener el rompimiento tiene una rodilla muy pronunciada, seguida de un aumento casi vertical de la corriente. Nótese bien que el voltaje es casi constante, aproximadamente igual a VZ para un valor particular de la corriente de prueba IZT.

II.- EQUIPO Y MATERIALES

  • Un transformador de 6.3 V AC (Salida de caldeo de Válvula de las IP-17)
  • Un puente de diodos de 1 A
  • Un diodo Zener de 5.1 V y ½ W
  • 6 Resistencias de ½ W: 100Ω, 270Ω, 390Ω, 470Ω, 680Ω, 1KΩ.
  • 1 Condensador de 470 uF / 25V
  • 1 VOM (Multímetro digital o Analógico)
  • Un Osciloscopio

III.- PROCEDIMIENTO

FILTRADO DE SALIDA RECTIFICADA

Se instaló el siguiente circuito:

fuente filtrada

Se midió el voltaje sobre la carga tanto en DC como en AC y con los valores se hizo la siguiente tabla:

Se calibró el Osciloscopio con:

1.5V ------ 190 mm para CD

1 VPP ------ 120 mm para AC

C = 470 uF

RL Vrpp(mm) Vrpp(V) VCC(mm) VCC(V)

VCC (V)

Con Multit.

100Ω 120 1 900 7.1 7.1
270Ω 50 0.41 900 7.1 7.1
390Ω 34 0.28 950 7.5 7.5
470Ω 32 0.26 1000 7.9 7.6
680Ω 19 0.16 1000 7.9 7.7
1KΩ 15 0.125 1000 7.9 7.8

REGULADOR POR ZENER

Se instaló el siguiente circuito:

fuente filtrada

Se midió el voltaje sobre la carga tanto en DC como en AC y con los valores se hizo la siguiente tabla:

Se calibró el Osciloscopio con:

1.5V ------ 190 mm para CD

1 VPP ------ 120 mm para AC

C = 470 uF

RL Vrpp(mm) Vrpp(V) VCC(mm) VCC(V)

VCC (V)

Con Multit.

270Ω 14 0.12 700 5.5 5.1
390Ω 4 0.03 700 5.5 5.1
470Ω 4 0.03 650 5.1 5.1
680Ω 2 0.016 650 5.1 5.2
1KΩ 2 0.016 700 5.5 5.2

IV.- CONCLUSIONES

Filtrado de la salida rectificada

  • Cuando aumentamos la resistencia de carga (disminuimos la corriente) el rizado disminuye.
  • Cuando el rizado disminuye el voltaje CC en la carga aumenta.

Regulador por Zener

  • Cuando aumentamos la resistencia de carga (disminuimos la corriente) el rizado disminuye.
  • El Voltaje en la salida esta estabilizada por el diodo Zener de 5.2 Voltios.
  • Si hubiera un aumento de voltaje en la salida del transformador la resistencia de carga tendría el mismo voltaje de 5.2 Voltios, y el voltaje variación de voltaje recaería sobre la resistencia de 100 Ohmios.
  • El rizado también se puede controlar aumentando la capacidad del condensador.
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