8.8: Problemas

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8.8.1: Preguntas de revisión

1. ¿Cuál es la función de un regulador de voltaje?

2. ¿Cuál es la diferencia entre la regulación de carga y la regulación de línea?

3. ¿Por qué los reguladores necesitan un voltaje de referencia?

4. ¿Cuál es la diferencia funcional entre un regulador lineal y un regulador de conmutación?

5. ¿Cuáles son las principales ventajas del uso de reguladores lineales frente a reguladores de conmutación?

6. ¿Cuáles son las principales ventajas de usar reguladores de conmutación versus reguladores lineales?

7. ¿Cuál es la función de un transistor de paso?

8. Describir dos formas de aumentar la corriente de salida de un regulador basado en IC.

9. ¿Cómo se pueden usar los reguladores fijos de “tres pines” para regular a otro voltaje que no sea su voltaje nominal?

10. ¿Cuál es el propósito del inductor de salida y el condensador en el regulador de conmutación?

11. Explicar la correlación entre la demanda de corriente de salida y el modulador de ancho de pulso utilizado en reguladores de conmutación.

12. ¿Cuál es el propósito de un disipador de calor?

13. ¿Qué se entiende por el término resistencia térmica?

14. ¿Cuáles son los elementos de resistencia térmica que controlan el flujo de calor en una conexión típica de dispositivo de alimentación/disipador de calor?

15. ¿Cuáles son las reglas generales que se deben considerar al usar disipadores de calor?

8.8.2: Problemas

Problemas de análisis

1. Si el voltaje de entrada promedio al circuito del Problema 9 es de 22 V, determine la disipación máxima del dispositivo para una salida de 900 mA.

2. Si el voltaje de entrada promedio es de 25 V para el circuito del Problema 11, determine la corriente de salida máxima para cada voltaje de salida. Utilice el estilo de caja TO-220 (\(P_D\)= 15W,\(I_{limit}\) = 1.5A).

3. Dibuje un diagrama de bloques de una fuente de alimentación regulada completa de\(\pm\) 12 V utilizando piezas de las series LM78XX y LM79XX.

4. Determine la resistencia térmica máxima permitida para un disipador de calor dado lo siguiente: Temperatura ambiente = 50\(^{\circ}\) C, temperatura máxima de funcionamiento = 150\(^{\circ}\) C, estilo de caja TO-3 con grasa térmica y aislante Thermalfilm, la disipación de potencia es de 30 W y la resistencia térmica del dispositivo es de 1.1 C \(^{\circ}\)/W, unión a la caja.

5. Un transistor de paso tiene las siguientes especificaciones: temperatura máxima de unión = 125\(^{\circ}\) C, caja TO-220, resistencia térmica de unión a caja = 1.5 C\(^{\circ}\) /W. Determinar la disipación de potencia máxima permitida si este dispositivo está conectado a un disipador de calor de 20\(^{\circ}\) C/W con grasa térmica, utilizando un 0.003 aislador de mica. La temperatura ambiente es de 35\(^{\circ}\) C.

6. La resistencia térmica del LM723 es de 25\(^{\circ}\) C/W, unión a la caja. Su temperatura máxima de funcionamiento es de 150\(^{\circ}\) C. Para una disipación máxima de 500 mW y una temperatura ambiente de 30\(^{\circ}\) C, determine la resistencia térmica máxima permitida para la combinación disipador de calor/aislador-interfaz.

Problemas de diseño

7. Usando la Figura 8.3.1, diseñe un regulador de 15 V usando un Zener de 3.3 V. La corriente de polarización Zener debe ser de 2 mA, la salida debe ser capaz de 500 mA.

8. Usando la Figura 8.3.1 como guía, diseñe un regulador de fuente de alimentación variable con un rango de salida de 5 a 15 V usando un Zener de 3.9 V. \(I_{zener}\)= 3 mA.

9. Diseñe un regulador de +12 V usando el LM317. La capacidad de corriente de salida debe ser de al menos 900 mA.

10. Diseñe un regulador de +3 a +15 V usando el LM317. La salida debe ser continuamente variable.

11. Usando el LM317, configure un regulador para producir +5V, +12V o +15V.

12. Diseñe un regulador de +12 V usando el LM7805.

13. Diseñe un regulador de +9 V usando el LM723. Utilice un límite de corriente de 100 mA.

14. Diseñe un regulador de +5 V con limitación de corriente de 100 mA usando el LM723.

15. Configure un regulador de\(\pm\) 12 V con limitación de corriente de 70 mA. Utilice el LM326

16. Reconfigurar el circuito del Problema 15 para\(\pm\) 15 V.

17. Usando el LM3578A, diseñe un regulador de 5 V, 400 mA. El voltaje de entrada es de 15 V. Utilice un factor de discontinuidad de 0.2, y una frecuencia del oscilador de 75 kHz. No se permiten más de 10 mV de ondulación.

18. Repita el Problema 17 para una salida de 9 V.

Problemas de desafío

19. Basado en el ejemplo de regulador ajustable LM723, diseñe un regulador que produzca una salida continuamente variable de 5 V a 12 V.

20. El LM317 tiene una temperatura máxima de operación de 125\(^{\circ}\) C. La versión de caja TO-220 muestra una resistencia térmica de 4\(^{\circ}\) C/W, unión a caja. También muestra 50\(^{\circ}\) C/W, unión a ambiente (no se utiliza disipador de calor). Asumiendo una temperatura ambiente de 50\(^{\circ}\) C. ¿Cuál es la disipación de potencia máxima permitida para cada configuración? Supongamos que la primera versión usa un disipador de calor de 15\(^{\circ}\) C/W con una interconexión de carcasa a disipador de calor de 2\(^{\circ}\) C/W.

21. El enfriamiento por aire forzado de un disipador de calor/dispositivo de alimentación puede ayudar significativamente a eliminar la energía térmica. Como regla general, el enfriamiento por aire forzado a una velocidad de 1000 pies por minuto aumentará efectivamente la eficiencia de un disipador de calor en un factor de 5. Suponiendo que dicho sistema se aplique al circuito del Problema 17, calcule la nueva disipación de potencia.

22. Se utiliza un LM317 (TO-3) para una fuente de alimentación de 5 V, 1 A. El voltaje promedio en el regulador es de 12 V. Supongamos una temperatura máxima de funcionamiento de 125\(^{\circ}\) C, y una temperatura ambiente de 25\(^{\circ}\) C. Primero, determine si se requiere o no un disipador de calor. Si es así, determine la resistencia térmica máxima aceptable para la combinación disipador de calor/aislante. Para el LM317, resistencia térmica = 2.3\(^{\circ}\) C/W, unión a caja, y 35\(^{\circ}\) C/W, unión a ambiente.

Problemas de simulación por computadora

23. Usando un simulador, grafica la respuesta en el dominio del tiempo del circuito de la Figura 8.3.10, asumiendo una entrada de 22 V con rizado pico de 3 V. ¿Cómo cambia la simulación si la ondulación se incrementa al pico de 8 V?

24. Verificar la forma de onda de salida para el circuito de la Figura 8.3.14 usando un simulador. Utilice diversas cargas para probar el funcionamiento del límite de corriente. La fuente es de 18 V CC, con ondulación de pico de 2 V.

25. Verificar el rango de ajuste para el regulador diseñado en el Ejemplo 8.3.5 en el texto usando un simulador. Use una carga de 200\(\Omega\), y una fuente igual a 10 V, con ondulación de pico de 1 V.

26. Use varias cargas diferentes con un simulador para probar la porción límite de corriente del regulador diseñado en el Ejemplo 8.3.5 en el texto.