Fuente regulada de voltaje

Fuente de voltaje regulada en serie con protección
Objetivos
EL objetivo para este laboratorio será diseñar una fuente de voltaje regulada en serie con protección, es decir que nuestra fuente estará segura ante cualquier corto circuito que se pueda suscitar en su posterior uso.
Además esta fuente deberá tener un valor fijo sin importar la carga que se le conecte.
Materiales
Transformador6 diodos 1N4001
2 diodos Zener:
3.9 V y 4.7V
Resistencias
130Ω, 270Ω, 300Ω, 390Ω, 1KΩ
Potenciometro 2K
Capacitor 560µF
Transistores
2N3055, 2N3906, 2N3904
Marco Teórico
Fuentes reguladas de voltaje
Las fuentes reguladas de voltaje (Fig. 2.7) tienen como base de funcionamiento a las fuentes reguladas de corriente, es decir, que las fuentes de corriente forman parte del sistema queregula el voltaje. En este caso el voltaje de salida (Vo) será constante y la corriente Io será variable, el parámetro que define el rango de funcionamiento esta dado por la variación de la carga RL, similar al caso de la fuente de corriente, sólo que en forma inversa, esto significa que, el rango estará limitado por un valor mínimo de RL.

Ilustración 1: Fuente regulada de voltaje
Función delos dispositivos activos en la fuente
A continuación se explica la función que cumplen los dispositivos activos en la fuente regulada de voltaje.
D1: Este diodo zener tiene su función como parte de la fuente regulada de corriente.
D2: Este diodo zener, define el valor mínimo de voltaje de la fuente.
T1: Es el transistor principal (de potencia), y define la corriente de salida, así como lasvariaciones de voltaje de la salida.
T2: Es el transistor de la fuente de corriente.
T3: Este transistor realiza la comparación de la señal de salida con la señal de referencia proporcionada por D2.
Condiciones y ecuaciones para el diseño
Las ecuaciones y condiciones se escribirán agrupándolas en cada bloque, para su mejor comprensión. Sin embargo, es preciso aclarar un aspecto, este se refiereal voltaje de salida, la mayoría de las fuentes de voltaje, tienen un rango de variación del voltaje de salida (entre Vomín y Vomáx), sin que esto contradiga, el concepto de regulación, es decir, que la salida sea constante, lo que se quiere significar con esta variación es que para cada valor dentro de este rango, entre Vomín y Vomáx, el voltaje se debe mantener constante, si por ejemplo, setuviese una fuente que varíe entre; Vomín = 5 (v) y Vomáx = 15 (v), cuando se coloque la salida para Vo = 10 (v), este valor no debe variar aun cuando varíe la carga RL, y lo mismo debe suceder para todos y cada uno de los valores comprendidos en el rango de Vomín a Vomáx, que significan voltaje de salida mínimo y voltaje de salida máximo respectivamente.
Fuente de Corriente:
Las ecuaciones de lafuente de corriente no varían respecto a las descritas en el análisis de la fuente de corriente, sin embargo, se debe adicionar una condición que debe cumplir el diodo zener D1. Las Ecuaciones son:

Condición que debe cumplir D1:
Vz1 < Vi – Vomáx – 1.2
Condición que se obtiene de la malla conformada por Rf, T2 y T1. Esto significa que el voltaje de D1 esta limitado por la solución de lacondición, donde Vomáx es el voltaje de salida máximo que puede brindar la fuente. Si la fuente sólo tuviese un valor de salida se debe tomar ese valor.
Para T1:
El transistor T1 debe cumplir con las siguientes condiciones:
Ic > Iomáx
Vce > Vi – Vomín
P > (Vi – Vomín) * Io
Estas son condiciones que debe cumplir T1, para no resultar dañado, las condiciones se pueden dar, simultáneamente ó no, según elcaso de exigencia del circuito. Iomáx, es la corriente de salida máxima, que puede proporcionar el circuito.
Las ecuaciones son:

El nudo conformado por el colector de T2, la base de T1 y el colector de T3, tiene la siguiente ecuación.
If = Ib1 + Ic3
En donde, Ib1 se reemplaza por su equivalente en función de Iomáx, y para asegurar el funcionamiento del diodo zener D2, se reemplaza la...