reguladores fixos - Clube da Eletrônica

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Eletrônica geral
Reguladores de tensão fixos
Introdução
Estabilizar ou regular uma fonte de energia é fazer com que ela forneça o mesmo valor de tensão para
diferentes valores de carga. A manutenção de uma tensão constante para uma ampla faixa de corrente de
carga é de responsabilidade dos reguladores de tensão.
Os fabricantes de componentes eletrônicos sabendo da necessidade de entregar uma tensão regulada à
carga, desenvolverem circuitos integrados reguladores. A família de reguladores mais conhecida é a 78XX
para reguladores positivos e 79XX para reguladores negativos.
O regulador 78XX
A família de reguladores 78XX fornece tensões de saída reguladas e fixas de 5V até 24V, tornando-os muito
úteis em uma larga escala de aplicações.
Características básicas da série 78XX
Código
LM 7805
MC 7806
MC 7808
MC 7809
MC 7810
MC 7812
MC 7815
MC 7818
MC 7824
Vout (V)
+ 5,0 V
+ 6,0 V
+ 8,0 V
+ 9,0 V
+ 10,0 V
+ 12,0 V
+ 15,0 V
+ 18,0 V
+ 24,0 V
Vin (V)
7,0 a 20 V
8,0 a 21 V
10,5 a 23 V
11,5 a 24 V
12,5 a 25 V
14,5 a 27 V
17,5 a 30 V
21,5 a 33 V
27,0 a 38 V
Pinos
Pout (W)
15W
15W
15W
15W
15W
15W
15W
15W
15W
Iout (A)
5mA a 1A
5mA a 1A
5mA a 1A
5mA a 1A
5mA a 1A
5mA a 1A
5mA a 1A
5mA a 1A
5mA a 1A
Aplicação típica
Um projeto prático
Uma fonte de alimentação regulada muito utilizada em circuitos eletrônicos é 12V/1A .
Material utilizado
Transformador 18Vrms
Diodos 1N4004 – Corrente direta (IF) = 1A e PIV = 400V
Capacitor eletrolítico de 1000µF (Filtro)
Capacitor eletrolítico de 0,1µF (Elimina ruídos em alta freqüência e melhora estabilidade)
Capacitor cerâmico de 0,33µF (Só usado se o regulador estiver longe do filtro)
Autor: Clodoaldo Silva – Reguladores de tensão fixos - revisão: 24out2012
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Verificando a tensão de pico na saída da ponte retificadora (VP)
VP = Vrms.√2 – 2.VD
VP = 18V. √2 – 2.0,7
VP = 24,06V
Verificando a tensão de ripple ou tensão de ondulação para um capacitor de 1000µ
µF (Vond)
Vond = IDC ÷ fond . C
Vond = 1A ÷ 120Hz . 1000µF
Vond = 8,33 V
Ilustrando:
Rejeição à ondulação (RR)
Note que há uma tensão de ondulação (ripple) alta na entrada do regulador. As folhas de dados especificam
uma rejeição para esta ondulação RR, que informa quanto o regulador atenua ou rejeita a ondulação da
entrada.
Exemplo:
As folhas de dados do MC7812 da Fairchild semicondutores especificam uma rejeição de ripple de 55dB.
Assim somente parte dessa ondulação será atenuada, o restante será entregue à saída.
antilog (-55dB ÷ 20) = Vond (saída) ÷ Vond (entrada)
antilog (-2,75) = Vond (saída) ÷ 8,33V
0,00178 = Vond (saída) ÷ 8,33V
Vond (saída) = 8,33V. 0,00178
Vond (saída) = 14,81mV
Projetistas costumam usar um capacitor de filtro de 1000µF para cada 1A, uma vez que essa pequena
ondulação não é prejudicial à maioria das cargas.
Autor: Clodoaldo Silva – Reguladores de tensão fixos - revisão: 24out2012
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Sugestão para circuito impresso
Aumentando a capacidade de corrente
Se houver necessidade de uma corrente de carga maior, um transistor de passagem (Q1) deverá ser
adicionado ao circuito do regulador. Um resistor fará a função de um sensor de corrente acionando o
transistor caso a corrente de carga seja superior ao valor estabelecido pelo projetista.
Aplicação típica
A corrente que fará o acionamento do transistor será dada por:
I = VBE ÷ R(sensor)
Analisando um circuito completo
Deseja-se projetar uma fonte 12 V para uma corrente de carga máxima de 3 A .
Características básicas do material utilizado
Transformador 9V + 9V (corrente mínima de 3A)
Diodos 1N5404
Corrente direta (IF) = 3A
Tensão de pico reversa (PIV) = 400V
Capacitor de filtro de 4700µF
Resistor de 3Ω (atua como sensor de corrente)
Transistor PNP BD536 (média potência)
Corrente de emissor (IE) e coletor (IC) máxima 8A
Corrente de base (IB) máxima 1A
Potência máxima dissipada 50W
Autor: Clodoaldo Silva – Reguladores de tensão fixos - revisão: 24out2012
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Verificando a tensão de pico na saída da ponte retificadora (VP)
VP = Vrms.√2 – 2.VD
VP = 18V. √2 – 2.0,7
VP = 24,06V
Verificando a tensão de ripple ou tensão de ondulação para um capacitor de 4700µ
µF (Vond)
Vond = IDC ÷ fond . C
Vond = 3A ÷ 120Hz . 4700µF
Vond = 5,32 V
Verificando a corrente de acionamento do transistor
Como o VBE do transistor é tipicamente 0,7V o transistor será acionado se a corrente de carga for igual ou
superior a:
I = VBE ÷ R(sensor)
I = 0,7V ÷ 3Ω
I = 233mA
Para corrente acima desse valor o transistor conduz. Obviamente, deve-se atentar corrente e a potência do
transistor.
Verificando a corrente que circula pelo transistor
O regulador conduz a corrente até de 233mA. Após esse valor, o transistor é acionado e conduz a corrente
restante.
I (transistor) = I(carga) – I(Rsensor)
I (transistor) = 3A – 233mA
I (transistor) = 2,767A
A potência do transistor é obtida pelo produto entre a corrente de coletor e a tensão entre o coletor e o
emissor:
P(transistor) = VCE.IC
Onde:
IC ≈ IE = 2,767A
VCE = VC – VE (VC é a tensão DC ou média na saída do filtro e VE é a tensão entregue a carga).
Assim:
VDC = VP – Vond ÷ 2
VDC = 24,06V – 5,32 ÷ 2
VDC = 21,4V
Sabendo-se que: VDC = VC e VE = Vcarga, calculamos VCE.
VCE = 21,4V – 12V
VCE = 9,4V
Autor: Clodoaldo Silva – Reguladores de tensão fixos - revisão: 24out2012
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Então:
P(transistor) = VCE.IC
P(transistor) = 9,4V.2,767A
P(transistor) = 26W
Como a corrente máxima é de 8A e a potência máxima é 50W, o
transistor BD 536 está bem dimensionado. Lembrando quer em circuitos
de média e alta potência nunca é demais um dissipador de calor.
Limitando a corrente de carga
Proteger circuitos eletrônicos contra altas correntes ou até mesmo contra curto circuito é de grande valia,
uma vez que um dos erros mais comuns em laboratórios é o encontro acidental entre positivo e negativo da
fonte.
Aplicação típica
Descrição de funcionamento:
O transistor (Q1) é o transistor de passagem e conduzirá quando corrente atingir o valor estabelecido pelo R
(sensor).
I(sensor) = VBE (Q1) ÷ R(sensor)
O transistor (Q2) conduzirá quando corrente for superior a estabelecida pelo Rsc (resistor sensor de curto
circuito).
I(sensor curto) =I = VBE (Q2) ÷ Rsc
Se a corrente por algum motivo, ultrapassar o valor desejado pelo projetista o transistor (Q2) conduzirá a
corrente para o circuito regulador acionando o dispositivo de proteção térmica desligando o mesmo.
Autor: Clodoaldo Silva – Reguladores de tensão fixos - revisão: 24out2012
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Analisando o circuito completo de uma fonte 12V / 3A com limitação de corrente de carga
Deseja-se projetar em uma fonte 12V /3A um circuito externo que provoque o desligamento em caso de
sobre corrente.
Verificando a corrente de acionamento dos transistores
O transistor Q1 conduzirá quando a corrente de carga for superior
ao valor estabelecido pelo R(sensor), neste caso, 3Ω:
I = VBE ÷ R(sensor)
I = 1,4V ÷ 3Ω
I = 467mA
O transistor Q2 conduzirá quando a corrente de carga for superior
ao valor estabelecido pelo R(sensor), neste caso, 3Ω:
I = VBE ÷ R(sensor)
I = 1,4V ÷ 3Ω
I = 467mA
O transistor (Q2) conduzirá quando corrente for superior a estabelecida pelo Rsc, neste caso, 0,56Ω.
I(sensor curto) =I = VBE (Q2) ÷ Rsc
I = 1,4V ÷ 0,56Ω
I = 2,5A
Assim, quando a corrente de carga for 2,5A (transistor Q1 conduz) + 0,467A (regulador conduz) o que
totaliza uma corrente de aproximadamente 3A o transistor Q2 passa a desviar a corrente novamente para o
regulador fazendo com que ele desligue.
O desligamento em caso de curto circuito
Quando ocorrer um curto circuito, a corrente sobre 0,56Ω tende ao infinito, fazendo com que a corrente
sobre o resistor de 3Ω se aproxime de zero, consequentemente a corrente e a tensão de entrada do
regulador diminuem a mesma proporção, desligando o regulador que necessita de uma tensão mínima para
operação.
Autor: Clodoaldo Silva – Reguladores de tensão fixos - revisão: 24out2012
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Reguladores negativos de tensão
Alguns circuitos integrados necessitam de uma alimentação simétrica e para tal necessitamos dos
reguladores negativos. A série 79XX de reguladores fornece tensões reguladas negativas fixas de:
Características básicas da série 79XX
Pinos
Código do CI
Vout (V)
Vin (V)
Pout (W)
Iout (A)
LM 7905
- 5,0 V
-7,0 a -20 V
15W
5mA a 1A
MC 7906
- 6,0 V
-9,0 a -21 V
15W
5mA a 1A
MC 7908
- 8,0 V
-10,0 a -23 V
15W
5mA a 1A
MC 7909
- 9,0 V
-11,5 a -24 V
15W
5mA a 1A
MC 7910
- 10,0 V
-12,0 a -28 V
15W
5mA a 1A
MC 7912
- 12,0 V
-15,5 a -27 V
15W
5mA a 1A
MC 7915
- 15,0 V
-18,0 a -30 V
15W
5mA a 1A
MC 7918
- 18,0 V
-22,5 a -33 V
15W
5mA a 1A
MC 7924
- 24,0 V
-27,0 a -38 V
15W
5mA a 1A
Aplicação típica
"Nascemos com os olhos fechados e a boca aberta e passamos a vida inteira a tentar inverter esse
erro da natureza."
Autor desconhecido
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Referências bibliográficas:
Malvino, A.P. Eletrônica - volume I. São Paulo: McGraw Hill , 1987.
Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos. Rio de Janeiro: PrenticeHall, 1994.
Autor: Clodoaldo Silva – Reguladores de tensão fixos - revisão: 24out2012
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