Reguladores lineales - EETP Nº 460 - Guillermo Lehmann

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
REGULADORES LINEALES:
Introducción
Los reguladores lineales
Reguladores discretos
Circuitos limitadores de corriente
Reguladores integrados lineales
6° B – ELECTRÓNICA
2011
E.E.T Nº 460 “Guillermo Lehmann”
Departamento de Electrónica
Electrónica Industrial
1. INTRODUCCIÓN
La mayor parte de los dispositivos
dispositivos electrónicos requieren de voltajes continuos para operar.
Las baterías son una opción útil pero tienen un tiempo de operación limitado. Otra opción
consiste en generar la fuente de alimentación utilizando la red de 220 voltios
volt
alternos. Esta
tensión puede
de ser manipulada fácilmente usando un transformador y circuitos rectificadores, los
que sumados a un dispositivo regulador proporcionan diferentes valores de tensión. En este
apunte,, se analizarán los reguladores más simples, los cuales se irán modificando
modifican
hasta
obtener configuraciones más complejas y mejoradas. En la parte final se analizan los
reguladores basados en circuitos integrados, mostrando algunos métodos para aumento de la
corriente de salida y protecciones.
2. LOS REGULADORES LINEALES
El diagrama
rama en bloques de una fuente estabilizada es el siguiente:
Figura 2.1.2.1. Diagrama en bloques de una fuente estabilizada.
El objetivo del rectificador es distorsionar la sinusoide de entrada para que su salida tenga
una componente de continua. Mediante el filtro se rechazan en gran medida los armónicos de
la salida del rectificador. El filtro no siempre rechaza todos los armónicos. Por lo general, un
vez filtrada la señal, suele permanecer una componente que se conoce como rizado o ripple.
El regulador tiene
ene una doble misión, primero, debe eliminar el ripple y por otro lado debe
poseer una impedancia de salida adecuada, con el fin de que la tensión regulada a la salida se
mantenga independiente de la carga, siempre que ésta varíe entre los límites exigidos del
diseño. En otras palabras, a la salida de la fuente de alimentación no estabilizada, se aplica a
un dispositivo de control que regula la tensión para dar una salida de régimen continuo.
Los reguladores pueden ser serie o paralelo. En un regulador serie, el dispositivo de
control se conecta en serie con la carga y para regular la salida debe en todos los casos
absorber parte de la tensión de entrada o alimentación. En un regulador paralelo,
paralelo el dispositivo
de control se halla en paralelo con la carga
carga y para efectuar la regulación de salida, debe dejar
pasar corriente en todos los casos, cuando la corriente a través del dispositivo de control cae a
cero, la acción
ón de regulación cesa.
El regulador en paralelo impide que las variaciones de la corriente
corriente de carga aparezcan en la
fuente primaria. Esto le proporciona una facultad de aislamiento entre la carga y la fuente
primaria,, característica que puede ser muy deseable en casos en los que se manejan
frecuencias elevadas que pueden ser irradiadas por los mismos conductores.
En los reguladores serie la energía sobrante, que es disipada en forma de calor, aumenta
en proporción directa con la carga a la que es sometida la fuente. En cambio, en los
reguladores en paralelo, la energía disipada en el regulador disminuye cuando aumenta la
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carga. En definitiva, el regulador en paralelo tiene un rendimiento inferior a su equivalente en
serie, y consume energía independientemente de que sea o no utilizada en la carga. Por el
contrario, el regulador serie disipa energía
ener
cuando es utilizada en la carga.
De acuerdo con estas consideraciones, el regulador serie es el más
más utilizado quedando
relegado el uso de los reguladores paralelo a aplicaciones de baja potencia y en aquellas otras
en las que es muy importante la interacción
interacción entre equipos o secciones del mismo alimentadas
por la misma fuente primaria.
2.1 REQUERIMIENTOS DE UN REGULADOR
•
Mantener la tensión de salida constante independientemente de las fluctuaciones de la
entrada y la temperatura.
•
Mantener la tensión de salida
salida constante, independientemente del consumo de la carga
(dentro de sus límites de capacidad).
•
La tensión de salida no debe contener componentes de alterna (ripple
(ripple).
•
Debe ser capaz de limitar la corriente de salida (protección).
El circuito regulador debe
de
mantener el voltaje de salida tanto en la condición de circuito
abierto (sin circulación de corriente) como a plena carga (corriente máxima).
máxima) En la práctica es
muy difícil obtener una perfecta regulación,
regulación pues normalmente la tensión de salida a circuito
abierto no se mantiene constante cuando se conecta una determinada carga a la salida del
regulador.
(a)
(b)
Figura 2.2.2.2 Voltaje de regulación: (a) sin carga; (b) con carga.
carga
En un regulador ideall la diferencia entre el voltaje
voltaj de salida sin carga y el voltaje
voltaj de salida a
plena carga es cero,, es decir VOC – VL = 0. Sin embargo, en una fuente de alimentación real VL
siempre es menor a VOC. La relación presentada a continuación da cuenta
cuent de la cantidad de
regulación en porcentaje, mientras menor sea, mejor es la regulación.
%ó 100%
Si el valor del voltaje a plena carga es el mismo que ell del voltaje sin carga, la regulación de
voltaje calculada es 0%, que es la mejor esperada. Esto significa que la fuente de alimentación
es perfecta,
cta, ya que el voltaje de salida es independiente del consumo de corriente extraída de
la alimentación. Entre más pequeña sea la regulación de voltaje, mejor es la operación de la
fuente de alimentación.
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3. REGULADORES DISCRETOS
3.1 REGULADOR ZENER BÁSICO
BÁSI
Este es un regulador de tipo paralelo y su esquema básico es el indicado en la siguiente
figura:
Figura 3.1.- Circuito básico de regulación con diodo zener.
Se trata de un sistema ampliamente utilizado para circuitos de bajo consumo. Por su curva
característica,
cterística, cuando el diodo zener se encuentra polarizado en forma inversa, al alcanzar la
tensión de avalancha, permite una circulación elevada de corriente. Se debe tener en cuenta la
potencia disipada sobre el diodo, ya que sus curvas varían bastante en función de la
temperatura.
La resistencia R se elige de forma que se garantice la corriente mínima necesaria para
mantener el diodo zener en conducción, bajo cualquier exigencia de carga, siempre que se
esté dentro de los límites de potencia especificados por el regulador. Para los diodos zener de
baja potencia la mínima corriente oscila entre 1 y 2 mA. En base a todo lo expresado se puede
encontrar una expresión para R.
. . .
Debemos verificar también que
que no se exceda la potencia máxima del diodo zener.
. !.
Y finalmente debemos determinar la potencia que ha de disipar la resistencia:
!". #. $%
Hay que tener
ner en cuenta que cuando el sistema opera en vacío (sin carga), toda la corriente
circulará por el diodo zener.
Ejemplo: se desea diseñar un regulador simple para una corriente máxima de 250mA y un
voltaje de 5,1V,
V, teniendo en cuenta que el voltaje no regulado
regulado es de 10±2V.
. 8 5,1
11,5Ω
. . 250*+ 2*+
12 5,1
2*+ 598*+
11,5Ω
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Esta es la corriente máxima que debería soportar el diodo zener en el caso de que la
tensión sin regular alcanzara su nivel máximo y el sistema operará sin carga. Bajo estas
condiciones la potencia del diodo zener debería ser como mínimo de:
!. 5,1. 598*+ ≅ 30
Pero si consideramos que siempre se van a estar extrayendo 250mA y manteniendo el
supuesto de que la tensión sin regular
regular alcance su nivel máximo, la potencia máxima del diodo
zener deberá ser de aproximadamente 2W. Por último, determinamos la potencia de la
resistencia:
!". #. $% #12 5,1$%
4,140
0
11,5Ω
Existen alternativas
as que permiten disminuir considerablemente la potencia del diodo zener
dejándolo solo como fuente de referencia y comandando las altas corrientes mediante uno o
más transistores, obteniéndose así una muy baja impedancia de salida. A continuación se
estudiaran
aran algunas de estas configuraciones.
3.2 REGULADORES SERIE
La principal desventaja del circuito regulador de la figura 3.1, es que el diodo zener debe
absorber toda la corriente que la carga no requiera. Una forma de solucionar esto es
incorporando un transistor
ansistor en configuración seguidor de emisor (colector común), como se
observa en la figura 3.2. En este caso,
caso será el transistor el encargado de proporcionar la
corriente de salida y por el diodo zener solo circulará una pequeña corriente que debe ser
suficiente
iciente para polarizarlo correctamente (de 1mA a 2mA).
Figura 3.2.- Circuito básico de un regulador serie.
La tensión de salida puede calcularse como
23
Si existe un incremento en la corriente de carga IL (por ejemplo, por la disminución de RL),
se originará un aumento en la tensión de salida VL y por lo tanto la tensión
tensi
base-emisor
disminuirá
rá ya que la tensión de zener VZ se mantiene constante. En esta situación, la tensión
de emisor ha elevado su potencial con respecto a la base, por lo que la
a polarización directa de
la unión base-emisor
emisor se reduce, con lo cual la corriente de base IB también se reduce, lo que
fuerza a una disminución
ción en el valor de IL, restaurándose así el valor original de VL.
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En el caso contrario, cuando IL disminuye su valor a causa de un incremento en RL, por
ejemplo, se acentúa la polarización directa de la unión base-emisor,
base emisor, por lo cual la corriente de
base IB aumenta su valor, aumentando así la IC y llevando la tensión de salida VL a su valor
original.
La resistencia RS debe diseñarse para que por el diodo zener circule la corriente mínima
necesaria para que se polarice adecuadamente. Además, IBmax proporciona
ciona la corriente de
carga máxima (ILmax).
De acuerdo a esto:
2
45 2
45 6
La potencia disipada por el transistor, va a estar dad por:
!7 2 . 23 . 3 8 . 3
El circuito analizado presenta una serie de inconvenientes, el primero de ellos es que la
tensión de salida no puede elegirse arbitrariamente, sino que queda condicionada por los
valores de tensión de zener disponibles comercialmente. El segundo es que la regulación de
carga es poco satisfactoria, ya que al variar la corriente de carga varía la tensión base-emisor,
base
que afecta directamente a la tensión de salida. Un tercer problema es que el zener posee un
coeficiente de temperatura no nulo excepto para tensiones cercanas a los 5V, por lo cual solo
para una tensión específica se lograría una aceptable estabilidad térmica. Por último, la
regulación de línea también es pobre, dado que las variaciones en la tensión de entrada
provocan variaciones en la corriente
corriente por el diodo zener y éstas se traducen en variaciones de
VZ.
Adicionalmente podemos plantear una configuración alternativa del regulador serie
mostrado en la figura 3.2.
Figura 3.3.- Regulador serie alternativo.
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En el circuito de la figura 3.3 se agrega un capacitor C que tiene por objetivo lograr que la
tensión en ese punto sea constante (sin oscilación), para así lograr sobre R2 una corriente
constante. Por lo general se diseña R1 y R2 de acuerdo a:
9 % 45 2
Por lo general se toma R1 = R2.
El voltaje en la base del transistor se mantiene fijo a través de la caída en el diodo zener.
Cuando se requiere una mayor corriente de salida, se puede utilizar un
un par Darlington como
transistor regulador.
A continuación se observa otra variante del circuito 3.2, en el que se ha agregado un
segundo transistor y se ha desplazado el diodo zener hacia el circuito de base de éste.
En este caso la tensión de salida está dada por:
23%
Figura 3.4.3
Regulador serie con etapa adicional de ganancia.
Este diseño incorpora algunas características ventajosas con respecto al circuito original de
la figura 3.2. En efecto, la tensión de salida ya no depende directamente
directamente de la tensión basebase
emisor de un transistor de potencia (T1), sino que depende de la tensión base-emisor
base
un
transistor más pequeño (T2), lo que evita grandes variaciones. Por otra parte, el diodo zener
está sometido a menores variaciones de corriente, ya que ahora debe manejar una corriente β2
veces menor que antes. También es ventajoso que el diodo zener esté polarizado desde la
salida estabilizada, evitando así las grandes variaciones de las condiciones de polarización. La
resistencia RZ se ha colocado para garantizar la corriente mínima porr el zener.
Cualquier variación en la tensión de salida VL, se reflejará inmediatamente sobre la tensión
VBE de T2, por lo tanto, la conductividad de este transistor variará y como consecuencia también
la hará su corriente de colector.
colector Esta variación es transmitida a la base de T1, el cual modificará
su tensión colector-emisor
emisor (VCE) para contrarrestar la variación en la tensión de salida VL.
Aunque el circuito no permite todavía una gran flexibilidad en lo que respecta a tensiones de
salida, al menos permite
te aprovechar una suerte de compensación térmica entre los coeficientes
de temperatura del diodo zener y del transistor, que se da a tensiones mayores a los 5V.
En la figura 3.5 se muestra una nueva variante que permite valores arbitrarios en su tensión
de salida.
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Figura 3.5.- Regulador serie con posibilidad de obtener valores arbitrarios en la tensión de salida.
Si adoptamos valores de R1 y R2 que permitan una circulación
circulaci
de corriente
considerablemente mayor a la corriente de base de T2 podemos despreciar esta última y
determinar la tensión de salida a partir de las siguientes ecuaciones:
: .
9 % %
: 23% 23% .
9 % %
#23% $. ;1 9
<
%
Vemos que variando R1 y/o R2 es posible obtener cualquier tensión de salida siempre que
sea mayor a VBE2 + VZ. Más aún, podría seleccionarse VZ para una precisa compensación
térmica con la juntura base-emisor
base
de T2. En algunos casos se puede colocar una
un resistencia
variable entre R1 y R2, conectando la base al punto medio para un ajuste fino de la
l tensión de
salida.
Si VL disminuye, entonces el voltaje de la juntura base-emisor de T2 disminuye, haciendo
que la corriente en el colector de T2 disminuya, es decir, extrae menos corriente de la base de
T1, permitiendo así que un porcentaje más grande de la corriente que circula por RS excite a T1
(en la base), llevándolo a un estado de mayor conducción.
Como inconveniente, podemos mencionar que por el diodo zener pueden llegar a circular
corrientes considerables, característica que se mejora en el circuito
circuito de la figura 3.6.
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Figura 3.6.- Regulador serie con posibilidad de obtener valores arbitrarios en la tensión de salida y el
zener en el circuito de base de T2.
La tensión de salida de esta configuración se calcula con la ecuación definida para el
circuito
ircuito 3.5. Nuevamente las resistencias R1 y R2 actúan como un circuito de muestreo,
proporcionando al diodo zener una tensión de referencia. El transistor T2 controla la corriente
de base del transistor T1, lo que permite variar su tensión colector-emisor
colector
r para así contrarrestar
cualquier variación de VL.
Si la tensión de salida tiende a aumentar, esta variación es muestreada por la red formada
por R1 y R2, incrementándose la tensión en el punto A (VA). Esto origina que la tensión basebase
emisor del transistor T2 (VBE2) se eleve (debido a que VZ permanece
manece constante) volviéndose
más conductivo y disminuyendo así la corriente en la base de T1. Como consecuencia, la
corriente entregada a la carga será menor, reduciendo y manteniendo así constante la tensión
de salida (VL).. Sucede lo opuesto si la tensión de salida tiende a disminuir, lo que origina que
más corriente circule por la carga para impedir que la tensión VL disminuya.
Una pequeña desventaja de esta configuración es que la red de muestreo formada por R1 y
R2 debe estar diseñada para que por ella circule la corriente necesaria para polarizar en forma
correcta al diodo zener.
Otra versión de un regulador serie es la que se muestra en la figura 3.7. En este caso la
tensión de salida VL viene definida por la siguiente ecuación:
;1 9
< . %
Note que la tensión de salida siempre va a ser mayor que la tensión
ón de referencia (VZ). La
resistencia RZ se diseña para la peor condición, es decir VINmin y ILmax. El transistor T1 se elige
de acuerdo a la corriente de salida
salida necesaria y siempre funciona en la zona lineal.
lineal Como
alternativa, se puede utilizar un par Darlington para obtener más capacidad de corriente a la
salida.
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Figura 3.7.3
Regulador serie con amplificador operacional..
El amplificador operacional compara
compara la tensión de referencia del diodo zener con la tensión
en el punto A (VA),, que se obtiene a través de la red formada por R1 y R2. Si la tensión de salida
VL varía, se controla la conducción del transistor T1 para mantener constante la tensión de
salida VL.
Observamos que desapareció la dependencia de tensiones base-emisor,
base emisor, por lo cual toda la
responsabilidad por el valor de la tensión de salida recae en el diodo zener. En lugar de un
diodo zener convencional es posible utilizar una fuente de referencia integrada tal como el
LM113 o el LM329, que si bien externamente se parecen a un diodo zener, internamente
contienen elementos para su estabilización térmica.
Para el correcto funcionamiento del circuito el amplificador operacional debe ser alimentado
directamente
ectamente desde la tensión de entrada sin regular. Por otro lado, se debe evitar su
saturación, ya que se perdería la regulación y además debe ser capaz de suministrar la
corriente de base necesaria a T1.
4. CIRCUITOS LIMITADORES DE CORRIENTE
4.1 PROTECCIÓN CROSS-OVER
CROSS
El modo más sencillo de limitación de corriente en un regulador lineal es el que se muestra
en el esquema de la figura 4.1.
4.1
Mientras que la caída de tensión sobre RS sea inferior al umbral de conducción de la unión
base-emisor
emisor del transistor T2, este último permanece bloqueado y el regulador funciona con
normalidad. Cuando la corriente que atraviesa RS llega a crecer hasta provocar sobre ella una
caída de tensión del orden de los 0,6 a 0,7V, el transistor T2 comenzará a conducir y derivará
hacia
ia la carga una parte de la corriente de base del transistor de regulación T1, por lo que
disminuye también su corriente de emisor manteniendo la disipación de potencia dentro de
valores aceptables. Se establecerá así un equilibrio tal que la corriente suministrada
sum
a la carga
(aunque fuese un cortocircuito), permanecerá sensiblemente igual a:
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23 0,7
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Figura 4.1.- Regulador serie con amplificador operacional y protección contra cortocircuito (Cross-Over).
Mientras el amplificado
orr operacional no alcance su propio limite de corriente,
corriente la corriente de
carga
ga podrá continuar aumentando ligeramente, lo cual polarizará aún más al transistor T2
hasta que ésta absorba toda la corriente del amplificador operacional menos la que va hacia la
base de T1. A partir de ese momento el amplificador operacional se satura en corriente, por lo
cual deja de funcionar linealmente. La realimentación se interrumpe y cualquier intento por
aumentar la corriente de carga redundará en una disminución de la tensión de salida. En la
figura 4.2 se observa la relación entre la tensión de salida y la corriente de carga.
Podríamos colocar en serie con el colector de T2 un diodo led para tener así un simple modo
de señalización de sobrecarga.
sobrecarga Este diodo podría
a ser también el de un optoacoplador que
controlara
a un relé de apertura temporizada, el cual interrumpiría la alimentación del regulador
en caso de sobrecarga o de cortocircuito prolongado.
Figura 4.2.- Tensión de salida en función de la corriente de carga
carga para un regulador con protección crossover.
El inconveniente del montaje anterior es que al cortocircuitar la salida del transistor
regulador (T1), la corriente sobre él es máxima, al igual que su caída de tensión. Es evidente
entonces que la potencia disipada es muy alta, lo que obliga al sobredimensionamiento del
transistor.
En la figura 4.3 se observa otro circuito cuya protección está diseñada con dos diodos.
Básicamente el funcionamiento es similar
simi al circuito de la figura 4.1.
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Figura 4.3.4
Circuito alternativo al de la figura 4.1.
4.2 PROTECCIÓN FOLD-BACK
FOLD
A diferencia de la protección anterior, la protección fold-back tiene la propiedad de reducir la
corriente residual en situación de cortocircuito. Su configuración
configuración se observa en la figura 4.4.
4.4
En
n este caso, la base del transistor de protección T2 está tomada de un divisor resistivo
entre el emisor de T1 y masa. La tensión VBE2 ahora no solo depende de la corriente de carga
sino también de la tensión de salida.
23% "> 23% # . $.
Es decir,
23% . .
>
? >
>
?
.
? >
? >
Normalmente se elige R3 ≪ R4. Cuando la protección todavía no ha actuado,
actua
VL es alta
(cercana a su valor nominal).
nominal) La caída de tensión sobre RS, necesaria para que T2 comience a
conducir, debe ser mayor a la tensión umbral de su unión base-emisor (0,7 V).
V) Esto se aprecia
en la ecuación anterior, en donde se observa que la caída
caída de tensión sobre RS se ve atenuada
por R4/(R3+R4), además de tener el termino negativo.
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Figura 4.4.- Regulador serie con amplificador operacional y protección contra cortocircuito (Fold-Back).
La corriente de codo, ILmáx, es decir, aquélla por la cual
al la protección comienza a actuar,
viene dada por la ecuación:
ecuación
B
?
?
. ;1 < .
>
>
A partir de este momento, cualquier intento por aumentar la corriente de carga satura en
corriente rápidamente
ente al amplificador operacional por lo cual la tensión de salida VL comienza a
bajar. A medida que VL disminuye, también lo hará la corriente de carga necesaria para
mantener T1 en conducción. Finalmente, en la situación de cortocircuito se tiene que:
CC B
?
. ;1 <
>
En la siguiente figura se observa la relación entre la tensión de salida y la corriente de
carga.
Figura 4.5.- Tensión de salida en función de la corriente de carga para un regulador con protección foldback.
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Por lo analizado se puede decir que esta protección es superior a la cross-over
cross
en lo que a
corriente de cortocircuito se refiere. Sin embargo, cuanto menor se pretenda que sea ILcc con
respecto a ILmax, tanto mayor deberá ser la caída de tensión en RS para
ara que actúe la protección,
lo cual se traduce en un peor rendimiento.
5. REGULADORES INTEGRADOS LINEALES
En la actualidad existe una gran variedad de circuitos reguladores integrados, los cuales son
muy versátiles,
s, de fácil uso,
uso bajo costo y muy eficacess para aplicaciones de baja potencia.
Estos CI’s reguladores contienen la circuitería de la fuente de referencia, el amplificador
comparador, el dispositivo de control y la protección contra sobrecargas, todo dentro de un
chip. Aunque su verdadera constitución
constitu
interna es algo diferente a la de los reguladores de
tensión discretos, su operación externa es prácticamente la misma. Los CI’s reguladores se
ofrecen para tensiones de salida positivas o negativas de un valor fijo o ajustable.
5.1 LOS REGULADORES 78xx Y 79xx
Esta serie de reguladores disponen de una salida de tensión fija. Poseen tres terminales:
entrada, salida y común. El símbolo xx de su numeración corresponde a su tensión de salida.
La
a línea 78 entrega tensiones positivas,
positivas mientras que la línea 79
9 entrega tensiones negativas.
negativas
La tensión de salida puede oscilar entre un 2 y 4% de su valor nominal y su capacidad de
corriente va desde 100mA hasta 1,5A.
La configuración típica de la línea de reguladores 78xx se observa en la figura 5.1. El
capacitor de 0,33uF presente en la entrada del regulador suprime los efectos inductivos que
pudieran presentarse en sus terminales, en especial si el regulador se encuentra alejado de la
etapa de rectificación y filtrado. El capacitor de 0,1uF presente a la salida del
d regulador
garantiza la estabilidad del circuito ante fenómenos transitorios. Para su correcto
funcionamiento requiere de una corriente mínima de 6mA y la tensión no regulada presente en
su entrada debe superar como mínimo en 2V al valor nominal de la tensión
tensión de salida. La línea
de reguladores 78xx soporta una tensión máxima sin regular de 35V, salvo el 7824 que soporta
hasta 40V.
Para la línea de reguladores negativos 79xx se deben tener las mismas consideraciones
que para la línea de reguladores positivos
positivos 78xx. En la figura 5.2 se observa la configuración
típica de éstos.
Figura 5.1
1.- Configuración típica para un regulador de la línea 78xx.
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Tabla 5.1: Reguladores de voltaje positivos de la serie 78xx
Regulador
Tensión de Salida (V)
7805
+5
7806
+6
7808
+8
7809
+9
7810
+10
7812
+12
7815
+15
7818
+18
7824
+24
Figura 5.2
2.- Configuración típica para un regulador de la línea 79xx.
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Tabla 5.1: Reguladores de voltaje
voltaje negativos de la serie 79xx
79
Regulador
Tensión de Salida (V)
7905
-5
7906
-6
7908
-8
7909
-9
7910
-10
7912
-12
7915
-15
7918
-18
7924
-24
Existe la posibilidad de que la tensión de entrada del regulador se caiga más rápidamente
que la tensión de salida. Esto puede darse, por ejemplo, con cualquier carga capacitiva
capacitiv
conectada a la salida del regulador, ya que al cortarse la alimentación podría descargarse a
través de éste, lo que podría llegar a destruirlo. Para evitar esto, se conecta el diodo D1 como
se observa en la figura 5.3.
Figura 5.3.- Configuración típica
típic para un regulador de la línea 78xx,, con diodo de protección.
protección
La mayoría de los reguladores integrados manejan rangos de corriente que van de los
100mA a 3A. Si es requerida una corriente más grande, es necesaria la incorporación de
elementos de paso adicionales.
ionales. Con tal objetivo podría utilizarse el circuito de la figura 5.4.
La resistencia R1 proporciona la corriente de polarización para el regulador en conjunto con
la corriente de base de Q1. Si ésta resistencia no es incluida, la regulación se perderá para
bajas corrientes de salida. El valor de R1 debe ser lo suficientemente bajo para no afectar el
funcionamiento del regulador en operación normal, sin embargo, cuando la corriente máxima
es requerida, la caída de tensión en la base de Q1, lo hace conducir,
ir, proporcionando una
corriente adicional, la cual incrementa IOmax.
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El valor de R1 está dado por:
0 D 9
239
"3E
Figura 5.4.- Regulador de la línea 78xx con transistor de paso que le permite obtener una mayor corriente
de salida.
Los
os reguladores integrados tienen mecanismos internos que los protegen de los
cortocircuitos, limitando su corriente de salida. Pero cuando estos reguladores son utilizados en
la configuración de la figura 5.4, la limitación de corriente solo actúa sobre el regulador, pero no
sobre el transistor de paso. Por tal motivo, este transistor debe ser protegido. El circuito de la
figura 5.5 cumple con este objetivo.
Figura 5.5.- Regulador de la línea 78xx con transistor de paso y su respectiva protección.
El valor de RSC dependerá de la máxima corriente que se requiera del regulador y se diseña
para que en la unión base emisor de Q2 se apliquen los 0,7V necesarios para que comience a
conducir. En esta condición la resistencia R1 queda parcialmente cortocircuitada.
2011
23%
39
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5.2 REGULADORES AJUSTABLES DE TRES TERMINALES
Los reguladores de tensión integrados también se encuentran disponibles en versiones que
permiten al usuario fijar la tensión de salida. Un ejemplo clásico es el regulador LM317 que
q
puede operar con una tensión de salida regulada a cualquier valor dentro del rango que va
desde 1,2V a 37V. En la figura 5.6 se observa su configuración típica. Las resistencias R1 y R2
permiten ajustar el valor de la tensión de salida, la cual se calcula
la con la siguiente ecuación:
FG 1,25. ;1 %
< :7H . %
9
Típicamente se adopta un valor de 50 a 100uA para IADJ.
Figura 5.6.- Configuración típica para el regulador ajustable positivo LM317.
En contrapartida, ell LM337 es un regulador de voltaje negativo cuya
ya tensión de salida puede
ser ajustada de la misma manera que el LM317. En la figura 5.7 se observa su configuración
típica.
Figura 5.7.- Configuración típica para el regulador ajustable negativo LM337.
FG 1,25. ;1 2011
%
< I:7H . % J
%
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5.2 EL REGULADOR µA723
Este regulador se consolidó como un estándar industrial, comercializado por los principales
fabricantes de circuitos integrados. Se caracteriza por proporcionar una corriente de 150mA sin
transistor externo, una regulación
regulación de línea de 0,02% y una regulación de carga de 0,03%.
Puede funcionar proporcionando tensión positiva o negativa, en configuración serie, paralelo,
flotante o conmutada.
Su diagrama en bloques se muestra en la figura 5.8,, donde se puede distinguir
di
los
principales componentes que constituyen a la mayoría de reguladores integrados. Es así que
dispone de una tensión de referencia, un amplificador de error y el transistor regulador, más las
funciones adicionales, como la fuente de corriente necesaria para el funcionamiento de la
fuente de referencia, el amplificador de error y un circuito de limitación de corriente para la
protección del transistor regulador.
Figura 5.8.5
Diagrama en bloques del regulador uA723.
Las diferentes
erentes configuraciones de este regulador y sus aplicaciones, son numerosas y
exceden los objetivos de este documento por lo que, para mayor información, recomendamos
consultar su hoja de datos. A continuación, en las figuras 5.9, 5.10, 5.11, 5.12,
5.12 5.13 y 5.14 se
muestran algunas de sus configuraciones más utilizadas.
utilizadas
Figura 5.9.5
Configuración básica para baja tensión (VO = 2…7V).
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Figura 5.10
10.- Configuración básica para alta tensión (VO = 7…37V).
Figura 5.11
11.- Configuración básica para tensión de salida
ida negativa.
negativa
Figura 5.12.- Configuración básica para tensión de salida positiva con aumento de la corriente de salida.
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En la configuración mostrada en la figura 5.12 se incrementa la corriente máxima de salida.
Para esto se recurre a un transistor externo,
externo, pues con solo el regulador integrado se puede
obtener hasta 150mA. De esta manera, añadiendo un transistor externo la corriente máxima a
suministrar viene fijada por el producto entre la corriente del regulador integrado y la ganancia
en corriente (hfe)
e) del transistor externo.
Figura 5.13.5
Configuración con protección fold-back.
Figura 5.14
14.- Configuración como regulador conmutado (Switching).
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