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.

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1 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 Pinos Código Vout (V) Vin (V) Pout (W) Iout (A) LM ,0 V 7,0 a 20 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V 8,0 a 21 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V 10,5 a 23 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V 11,5 a 24 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V 12,5 a 25 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V 14,5 a 27 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V 17,5 a 30 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V 21,5 a 33 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V 27,0 a 38 V 15W 5mA a 1A 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 1

2 Verificando a tensão de pico na saída da ponte retificadora (VP) VP = Vrms. 2 2.VD VP = 18V ,7 VP = 24,06V Verificando a tensão de ripple ou tensão de ondulação para um capacitor de 1000µF (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 2

3 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. A corrente que fará o acionamento do transistor será dada por: 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 3

4 Verificando a tensão de pico na saída da ponte retificadora (VP) VP = Vrms. 2 2.VD VP = 18V ,7 VP = 24,06V Verificando a tensão de ripple ou tensão de ondulação para um capacitor de 4700µF (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 = 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 4

5 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. 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 5

6 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 = 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 = 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 6

7 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 ,0 V -7,0 a -20 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V -9,0 a -21 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V -10,0 a -23 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V -11,5 a -24 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V -12,0 a -28 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V -15,5 a -27 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V -18,0 a -30 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V -22,5 a -33 V 15W 5mA a 1A MC ,0 V -27,0 a -38 V 15W 5mA a 1A "Nascemos com os olhos fechados e a boca aberta e passamos a vida inteira a tentar inverter esse erro da natureza." Autor desconhecido Referências bibliográficas: Malvino, A.P. Eletrônica - volume I. São Paulo: McGraw Hill, Boylestad, R. e Nashelsky, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos. Rio de Janeiro: Prentice- Hall, Autor: Clodoaldo Silva Reguladores de tensão fixos - revisão: 24out2012 7