Capítulo 037 - Curso de eletronica analógica (ilustrado

Visualização do documento
Capítulo 037.doc
(2195 KB) Baixar
Reguladores de tensão
Conseguir que a tensão de um circuito na saída seja fixa é um
dos objetivos mais importantes para que um circuito funcione
corretamente. Para consegui-lo se utilizam os reguladores de
tensão que podem ser circuitos formados por elementos
discretos ou por circuitos integrados.
Quando se desenha um circuito há muitos fatores que temos que
ter em conta. Em primeiro lugar, como é lógico, haverá que
comprovar se o circuito desenhado é capaz de realizar todas e
cada uma das funções desejadas. Uma vez verificado o seu
correto funcionamento teremos que comprovar até que ponto é
capaz o circuito de manter ditas características de funcionamento,
isto é, como se comportará perante as já mais que conhecidas
circunstâncias adversas, como podem ser as variações nas
tensões de entrada ou, as mudanças de temperatura. Com os
transistores vimos que a temperatura era um fator muito
importante que podia estragar o transistor se não colocássemos
algo que compensara os seus efeitos quando esta aumentava ou
diminuía. A solução era obtida muito facilmente ao colocar um
resistor no emissor, e assim, com um esforço muito pequeno
ficava solucionado um grande problema. As mudanças na tensão
fornecida são, junto com as variações de temperatura, uma das
principais causas de funcionamentos errôneos ou inclusive de
rupturas dos aparelhos eletrônicos. A razão provém do fato de
que todos os aparelhos eletrônicos estão desenhados para
funcionar com uns certos limites nas tensões de entrada;
portanto, uma tensão de entrada que se fornece a um dispositivo
e que seja superior à que este possa suportar, ou à recomendada
pelos fabricantes, provavelmente produza correntes
suficientemente altas como para queimar algum dos seus
componentes e, portanto, deixar completamente inativo o
aparelho eletrônico. Isto não seria um sério problema se a tensão
fornecida pelas companhias elétricas fosse suficientemente
precisa como para garantir uma precisão no valor da tensão. No
entanto, isto não é assim, e a tensão fornecida pelas companhias,
dependendo do lugar e do momento considerado, podem oscilar
até uns 10% sobre o valor nominal. Esta variação é suficiente
para não poder supor que dispomos de uma fonte de tensão
constante. Como sempre na eletrônica, de uma ou outra forma,
mais ou menos aproximada, podemos conseguir resolver a
maioria dos problemas que se colocam. Neste caso, a solução às
variações de tensão a encontramos nos circuitos conhecidos como
"reguladores de tensão".
Reguladores fixos e ajustáveis
Os reguladores de tensão se costumam dividir em dois grandes
grupos: reguladores de tensão fixa e reguladores ajustáveis. Nos
primeiros, como o seu nome indica, vamos obter uma tensão fixa
partindo de uma tensão variável na entrada. Com os reguladores
de tensão constante vamos obter uma tensão fixa entre os
terminais da carga, durante o período no qual se mantenha a
corrente através da carga dentro de um intervalo determinado.
Com os ajustáveis vamos poder controlar a tensão de saída,
partindo também de uma tensão variável.
Todo circuito integrado regulador está preparado para dissipar
uma potência, normalmente em forma de calor. Por esta razão os
circuitos integrados reguladores vêm preparados para que esta
dissipação não lhes afete, e costumam colocar um transistor que
estabilize as variações que se produzam.
Os reguladores fixos de tensão podem ser divididos em dois
grupos, conforme o sinal da tensão que regulem. Assim, podemos
ter reguladores de tensão positiva e reguladores de tensão
negativa. Os dois vão ser muito parecidos e só se vão diferenciar
no sentido que leva a corrente.
Reguladores não integrados
Temos vários tipos de reguladores eletrônicos. Os primeiros que
vamos ver são os reguladores zener, que se denominam assim
porque usam as propriedades dos diodos zener para regular a
tensão. Dentro de uns certos limites de corrente sabemos que o
diodo zener tem uma queda de tensão constante, portanto a
tensão que entregará à carga vai ser constante. Para ver como
funciona este tipo de circuitos podemos considerar o diodo zener
como um resistor variável. Se, por exemplo, a resistência de
carga diminui, absorverá mais corrente. Ao princípio a tensão
diminuirá pouco. A resistência interna do zener vai aumentar
deixando passar menos corrente que antes. Desta forma a tensão
cairá menos ao ser a corrente menor. A tensão da saída vai
permanecer constante embora varie a carga. Pelo contrário, se a
resistência de carga aumenta, absorverá menos corrente. A
resistência interna do zener diminuirá, absorvendo menos
corrente que antes para compensar o aumento da resistência de
carga, o resultado final vai ser que a tensão entre os terminais da
resistência de carga vai ser praticamente constante dentro de
uma margem de corrente não muito grande.
Outro tipo de regulador eletrônico é o denominado regulador
Shunt. É bastante parecido ao regulador zener, mas aqui temos
um transistor em coletor comum acrescentado de um resistor de
emissor que vai atuar como carga de saída do circuito. Neste tipo
o valor da corrente vai ser mais alto devido à amplificação que
vai efetuar o transistor.
O regulador série é outro dos reguladores eletrônicos. Se
denomina assim porque o elemento encarregado de regular se
encontra em série com a corrente de carga. O regulador vai ser
um transistor e, como nos reguladores tipo zener considerávamos
o diodo zener como uma simples impedância variável, nos
reguladores série vamos considerar este transistor também como
uma impedância variável. A diferença com os zener é que agora a
impedância variável se encontra em série com a carga. A entrada
de tensão vai ser maior que a saída regulada. O transistor que
usamos como regulador está ligado como seguidor de emissor.
Este transistor funciona na região ativa e oferece certa resistência
ao circuito. Se o circuito está funcionando normalmente, cada vez
vai demandar uma maior corrente de carga. O que implica que a
tensão vai diminuir se não o temos regulado. O regulador série
também tem a propriedade de compensar as variações de
entrada de corrente contínua. Assim pois, com um regulador série
podemos compensar tanto as variações de entrada como as de
saída.
Outro tipo de regulador é o regulador em paralelo. Este circuito
está formado por impedância fixa colocada entre a entrada, não
regulada, e a saída, regulada. Uma impedância variável está
colocada em paralelo, daí vem o nome deste tipo de reguladores,
encontrando-se situada entre os terminais da saída. A impedância
em paralelo vai variar para conseguir que a tensão de saída seja
constante. Normalmente a impedância em paralelo vai ser um
transistor, como nos reguladores em série.
Reguladores integrados
O primeiro circuito integrado regulador que se fabricou foi o
LM723 . É um dos circuitos integrados mais vendido no mundo e
apesar dos seus defeitos, e de que hoje em dia há outros tipos de
reguladores integrados, não perdeu a sua popularidade. Durante
uns cinco anos foi o único regulador integrado que se vendia.
Depois encontrou-se o modo de incorporar elementos externos
aos circuitos integrados, entre os que se incluíam transistores
série de alta corrente.
Assim surgiu a família dos 7800, reguladores positivos de
voltagem fixa.
Pronto lhe seguiu a família dos 7900, reguladores negativos de
voltagem fixa. Estas duas famílias tiveram um grande sucesso. O
seu preço era muito baixo, tinham boas especificações de
regulação de carga, linearidade e uma boa capacidade de
corrente que podia chegar até 1 ampère. Eram muito usados
como reguladores de circuitos locais. A sua maior vantagem era
que se podiam reduzir consideravelmente os requerimentos sobre
a fonte de alimentação principal e os seus reguladores de
voltagem.
Depois se estenderam ambas famílias e apareceram os
reguladores simétricos duplos. Incluíam um regulador positivo
e outro negativo dentro do mesmo chip acrescentando um
amplificador para que uma das duas tensões siga a outra e se
obtenham saídas simétricas respeito à terra. Estes reguladores
cada vez adquiriram uma maior importância, dado que se foram
tornando evidentes as limitações dos reguladores convencionais.
A crescente complexidade dos sistemas analógicos conduz a
situações onde se podem incluir muitas funções diferentes dentro
de um mesmo integrado. Assim, por exemplo, podemos ter
amplificadores operacionais, sensores, comparadores,
microprocessadores, conversores D/A e A/D, etc., dentro de um
mesmo integrado. Isto traz um grave problema para a fonte de
alimentação, dado que o integrado pode requerer tensões tanto
negativas como positivas. Os reguladores duplos podem
solucionar este tipo de problemas ajustando-se facilmente aos
requisitos de cada momento.
Quase todos os reguladores integrados são de baixa potência.
Normalmente, se necessitamos de correntes elevadas se
acrescentam elementos que amplifiquem a potência externa ao
circuito integrado. Alguns fabricantes conseguiram incorporar
dentro do circuito integrado os transistores que amplificam a
potência, mas isto traz consigo uma amplificação da dissipação
da potência no CI de modo que não sempre é conveniente
integrar o transistor. Como já sabemos, os reguladores de alta
corrente requerem que o circuito esteja desenhado para que
tenha uma resistência térmica mínima. Conforme seja a
temperatura de trabalho de um circuito integrado assim será a
sua fiabilidade a longo prazo. Portanto, quanto mais calor
possamos retirar fora do chip melhor vai ser o circuito e
funcionará durante mais tempo.
O LM723
Um dos circuitos integrados mais utilizados é o 723. É um
regulador de tensão. No interior deste circuito integrado vamos
encontrar um amplificador operacional com as suas duas
entradas, inversora e não inversora, um diodo zener de
referência, transistor que atua como regulador de tensão, um
segundo transistor de saída e um terceiro transistor que vai
controlar a intensidade e vai ser o encarregado de limitá-la no
caso de que seja necessário para evitar problemas com uma
intensidade muito alta. Neste circuito vamos ter uma tensão de
referência de ao redor de 7 volts.
O amplificador operacional está ligado como seguidor de tensão,
isto é, ligamos a saída diretamente à entrada inversora. Depois
pomos um divisor de tensão, formado por dois resistores, que vai
proporcionar a tensão que vamos colocar pela entrada não
inversora. Dita tensão é a que vamos obter à saída do
amplificador dado que, como dissemos, se encontra ligado como
seguidor de tensão. Portanto, o seu funcionamento mais geral
consiste em unir a entrada inversora à tensão de referência, a
não inversora ao divisor de tensão, depois ligar a diferença de
ambas entradas amplificadas ao transistor regulador que vai
conseguir a estabilização desejada ao variar a sua condução para
compensar a diferença das duas entradas. Embora a máxima
intensidade de saída de um 723 sejam 150 mA, temos que ter
cuidado com a corrente de saída para não ultrapassar a máxima
dissipação possível.
Se necessitamos uma corrente de saída maior que a que nos
permite o 723, podemos acrescentar um transistor exterior ao
circuito integrado. Este transistor de potência pode ser do tipo
PNP ou NPN, mas temos que ter muito em conta de que tipo é
para ligá-lo corretamente ao circuito integrado. Se estamos
acrescentando um transistor NPN, o vamos ligar como se fosse
uma extensão dos seguidores internos que tem o 723. A base vai
ligada ao potencial de saída do circuito integrado, Vo, e o emissor
será unido à entrada inversora. Mas se acrescentamos um PNP
vamos ligar o potencial de saída, Vo, à entrada inversora e esta
ao emissor, e a base a Vc, que é a tensão do coletor do transistor
de saída do circuito integrado 723.
Podemos pôr um limitador térmico para proteger o regulador de
tensão das variações de temperatura, mas este não vai proteger
os elementos ligados externamente ao 723, só protegerá o
circuito integrado. Entre as vantagens que nos oferece um 723
podemos destacar a sua boa regulação e baixo coeficiente de
temperatura, junto com a sua versatilidade. Além disso, não só
se pode usar como regulador de tensão mas também se pode
empregar como regulador de intensidade.
O 723 se caracteriza pelo seu pequeno consumo em repouso,
baixa variação com a temperatura e a sua alta rejeição ao ruído.
É aplicável em fontes de alimentação positivas e negativas como
um regulador paralelo, série, comutado ou flutuante. Se pode
usar como fontes de laboratório, reguladores locais para circuitos
lógicos, reguladores para amplificadores de dados de baixo nível,
fontes para instrumentação, sistemas aero-transportados e fontes
para circuitos digitais e lineares. Com um 723 podemos conseguir
um regulador básico de baixa tensão e um regulador básico de
alta tensão. Como já sabemos, com o circuito integrado 723
podemos construir uma fonte de alimentação. Quando
começaram a fabricar os circuitos integrados era muito difícil
superar os 40 volts de saída com um CI; para conseguir isto
tinha-se que usar semicondutores discretos, não integrados,
inclusive com o 723 não se podiam ultrapassar os 40 volts de
entrada e com esta entrada só se podia conseguir uma saída que,
como muito, alcançava os 37 volts. Mas agora podemos construir
um circuito com um 723 que supere este limite de saída para
poder usá-lo como regulador básico de alta tensão.
Em um 723 uma zona importante é a fonte de tensão de
referência, que está compensada em temperatura e quase isenta
de ruído. A fonte de referência pode proporcionar uma corrente
que pode alcançar 15 mA. À parte, como já sabemos, se encontra
um amplificador corretor que vai controlar o transistor que
proporciona a tensão de saída, um transistor que se encarrega de
limitar a corrente. É possível conseguir uma alimentação
totalmente estável e protegida contra os curtos-circuitos usando
um 723 e alguns componentes discretos associados. Para
conseguir tensões estabilizadas de mais de 40 volts, o circuito
necessita uma tensão auxiliar separada, que atue como fonte de
tensão. Este tipo de reguladores se denominam "reguladores
flutuantes". Com estes circuitos podemos conseguir uma tensão
de saída que pode ser regulável entre 0 e 60 volts.
O LM338
Outro exemplo de regulador ajustável é o LM338. Este regulador
tem um valor da tensão de referência de 1,25 V. Com ele
podemos conseguir uma tensão de saída que vai dos 1,2 V aos 25
V. É muito recomendável colocar um capacitor ligado à entrada
do LM338 para conseguir que o circuito não seja sensível aos
ajustes ou à presença de capacitores de saída. Os LM338
proporcionam uma regulação da carga muito boa. Para obter as
melhores prestações temos que tomar uma pequena medida. Dita
medida consiste em ligar o resistor de corrente entre os terminais
de ajuste e de saída o mais perto possível do regulador, embora
para isso se tenha que afastar da carga.
Quando utilizamos capacitores com os circuitos integrados
regulados é muito conveniente acrescentar uns diodos de
proteção e evitar assim as descargas que se podem produzir por
parte dos capacitores nos pontos de baixa corrente de regulador.
Quando um regulador tem ligado um capacitor à saída e se curtocircuitar a sua entrada, o capacitor se descarregará através do
circuito integrado. Esta descarga é suficiente para avariar ao
circuito integrado e vai depender de três fatores: o tamanho do
capacitor, a tensão de saída e a velocidade de decrescimento da
tensão de entrada. Por todos estes motivos é muito conveniente
acrescentar uns diodos de proteção e, como exemplo de circuitos
integrados que os utilizam, podemos citar o regulador LM338.
Adaptado do “curso de eletrônica” da Editora F&G S.A
(1995)
4
Arquivo da conta:
paulista65
Outros arquivos desta pasta:





Capítulo 001.doc (2346 KB)
Capitulo 007.doc (2081 KB)
Capítulo 005.doc (2105 KB)
Capítulo 003.doc (1943 KB)
Capítulo 002.doc (1297 KB)
Outros arquivos desta conta:

 AULAS COMANDOS ELÉTRICOS
Curso à Distância de Eletrônica Completo (Instituto Universal Brasileiro)
 Curso Basico de Eletronica Digital Revista SABER ELETRONICA
 Curso de Eletrônica
 Curso de Eletronica Digital
Relatar se os regulamentos foram violados








Página inicial
Contacta-nos
Ajuda
Opções
Termos e condições
Política de privacidade
Reportar abuso
Copyright © 2012 Minhateca.com.br