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Circuitos reguladores de tensão

Circuitos reguladores de tensão


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Os reguladores de tensão são amplamente usados ​​em circuitos de alimentação de energia eletrônicos. Eles fornecem graus muito altos de regulação e baixos níveis de ondulação, embora seus níveis de eficiência sejam muito mais baixos do que outra forma popular de regulador chamada regulador de modo de comutação. No entanto, os reguladores lineares ainda são usados ​​em grandes quantidades devido à sua relativa simplicidade e altos níveis de desempenho.

É possível fazer circuitos reguladores de tensão de ambos os componentes discretos, bem como ser capaz de usar reguladores IC. Os reguladores IC permitem que níveis muito altos de desempenho sejam alcançados, muitas vezes usando comparativamente poucos componentes, mas frequentemente para muitos projetos é possível usar alguns componentes disponíveis para fazer um circuito regulador de tensão perfeitamente adequado.

Conceito básico por trás dos circuitos reguladores de tensão

Embora existam muitos circuitos reguladores de tensão diferentes e reguladores de circuito integrado, os conceitos básicos para esses circuitos caem em uma das duas categorias básicas:

  • Circuito regulador série
  • Circuito regulador paralelo ou shunt.

Todos os circuitos reguladores de tensão se enquadram em uma dessas categorias, embora, dos dois, o tipo mais comum visto para circuitos reguladores de tensão plena seja o regulador em série.

Além de os reguladores de tensão serem categorizados como reguladores em série e shunt, também é possível categorizá-los em duas outras categorias, dependendo do modo de operação:

  • Reguladores de tensão linear.
  • Reguladores de tensão de comutação.

Os circuitos reguladores lineares e de comutação são amplamente usados. Cada tipo tem suas próprias vantagens e desvantagens e, portanto, a escolha do tipo de regulador deve ser feita dependendo da aplicação prevista.

Circuito regulador de tensão em série

Os circuitos reguladores de tensão em série operam usando um elemento de controle em série, como um transistor bipolar ou um transistor de efeito de campo. A base de operação do circuito gira em torno do controle da condutância desse elemento em série por uma tensão de controle. Se a tensão da saída tende a aumentar, isso será detectado e a tensão de controle será ajustada para reduzir a condutância do elemento em série, o que fará com que a tensão através do elemento em série aumente. Como o elemento em série e a carga formam um circuito divisor de potencial, qualquer aumento de tensão no elemento de controle em série fará com que a tensão na carga caia.

Da mesma forma, se a tensão na carga tende a cair muito baixo, então isso será detectado, a tensão de controle para o elemento em série fará com que a condutância do elemento em série aumente e a tensão na carga será mantida.

Esta é uma forma típica de sistema de feedback negativo. A tensão de controle deve ter uma referência com a qual a saída pode ser comparada. Isso geralmente é fornecido por um circuito de referência de tensão baseado em um diodo zener. A tensão de saída do regulador é obtida, frequentemente através de um divisor de potencial, e comparada com a tensão de referência, e a tensão de erro é realimentada como a tensão de controle para alterar a condutância do elemento de controle em série.

É possível variar a tensão de saída alterando a quantidade pela qual a saída é dividida. Colocando um resistor variável no divisor de potencial, a tensão que é comparada com a tensão de referência pode ser alterada. Isso, por sua vez, mudará a tensão de saída do circuito regulador de tensão.

Circuito regulador de tensão shunt

Como o nome indica, um regulador de tensão shunt opera em paralelo com a carga, em vez de estar em série com ela. Usando uma forma de dispositivo de corrente constante, que pode ser tão simples quanto um resistor, ele opera em paralelo com a carga, desviando ou absorvendo a corrente de forma que a tensão na carga permaneça a mesma.

As formas mais simples de reguladores shunt utilizam dispositivos de tensão constante, como diodos zener. Esses circuitos usam um resistor em série para fornecer uma ação de limitação de corrente e o diodo zener é colocado entre o resistor e o terra em paralelo com a carga. Como o diodo zener mantém uma tensão constante, e variações na corrente pela carga não causarão nenhuma variação de tensão (significativa), pois o diodo manterá uma tensão constante, absorvendo quaisquer variações de corrente. Naturalmente, existem outras formas mais sofisticadas de regulador de derivação, mas a versão de diodo zener é a mais simples e direta.

Regulador de tensão linear

Um circuito regulador de tensão linear é aquele em que a condutância do elemento regulador em série varia de forma linear para garantir que a tensão necessária seja mantida na saída. Desta forma, a tensão de saída é mantida tão exatamente quanto possível e a saída mais limpa é obtida.

Embora um circuito regulador de tensão linear ofereça níveis muito altos de desempenho em termos de ruído, ondulação e regulação, esse tipo de circuito não é eficiente. O elemento regulador em série requer uma queda significativa de tensão através dele para ser capaz de manter os altos níveis de ruído e rejeição de ondulação necessários. O elemento regulador em série deve ser capaz de dissipar níveis significativos de potência dependendo da saída necessária. Isso significa que essas fontes de alimentação podem ser grandes e pesadas.

Regulador de tensão de comutação

Ao contrário dos reguladores lineares, onde o elemento em série varia de forma linear, o elemento em série nos reguladores de chaveamento tem apenas dois estados - ligado e desligado. O regulador funciona carregando um grande capacitor na saída. Conforme a tensão cai conforme a carga é usada para alimentar a carga, o regulador em série é ligado. Assim que atingir a tensão necessária, ele desliga novamente. Por ter um capacitor de reservatório suficientemente grande na saída, os picos de comutação são removidos no principal.

A vantagem de alternar os reguladores é seu nível muito maior de eficiência que eles podem oferecer. O elemento em série dissipa muito pouca energia quando está ligado ou desligado. Como resultado, essas fontes de alimentação não são apenas muito eficientes, mas também podem ser muito menores. O problema é que sempre há alguns picos de chaveamento presentes na saída e o nível de ruído geral na saída é maior do que aquele oferecido pelos reguladores lineares. No entanto, são bastante adequados para muitas aplicações e, como resultado, são amplamente utilizados.

Resumo

Os reguladores de tensão linear são amplamente usados ​​em circuitos eletrônicos. Com circuitos operando em altas velocidades e exigindo que os trilhos de alimentação sejam mantidos com precisão, os circuitos reguladores de tensão são usados ​​para fornecer alimentação para a maioria dos circuitos.


Assista o vídeo: Resolução - exercício de reguladores de tensão (Pode 2022).