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