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Circuito regulador de tensão contínua com transistores bipolares, Trabalhos de Eletrônica Analógica

Um regulador de tensão é um dispositivo, geralmente formado por semicondutores, tais como diodos e circuitos integrados, que tem por finalidade a manutenção da tensão de saída de um circuito elétrico. Sua função principal é manter a tensão produzida pelo gerador dentro dos limites exigidos pela bateria ou sistema elétrico que está alimentando.

Tipologia: Trabalhos

2019

Compartilhado em 30/11/2019

Raiane_Barbosa
Raiane_Barbosa 🇧🇷

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1. Introdução
Um regulador de tensão é um dispositivo, geralmente formado por semicondutores, tais
como diodos e circuitos integrados, que tem por finalidade a manutenção da tensão de
saída de um circuito elétrico. Sua função principal é manter a tensão produzida pelo
gerador dentro dos limites exigidos pela bateria ou sistema elétrico que está
alimentando. Um regulador de tensão é incapaz de gerar energia. A tensão de entrada
deve ser sempre superior à sua tensão de regulagem nominal. Dependendo do projeto,
ele pode ser usado para regular uma ou mais tensões AC ou DC.
Reguladores de tensão são encontrados em dispositivos como fontes de alimentação
variadas, em alternadores automotivos e centrais de usinas elétricas, nesse último caso
o regulador de tensão é utilizado para distribuir uma tensão constante para todos os
clientes.
2. Circuito regulador de tensão contínua com transistores bipolares
A Figura 1 mostra um regulador de tensão. A tensão CC na entrada Vin vem de uma
fonte de alimentação não regulada como de uma ponte retificadora com um capacitor de
filtro. Tipicamente, Vin tem uma ondulação de pico a pico de cerca de 10% da tensão
CC. A tensão final de saída Vout quase não apresenta ondulação e seu valor é quase
constante, embora a tensão na entrada e a corrente na carga possam variar por uma larga
faixa. Como ele funciona? Qualquer tentativa de variação na tensão de saída produz
uma tensão de realimentação amplificada que se opõe à variação original. Por exemplo,
suponha que a tensão na saída aumente. Logo, a tensão que aparece na base de Q1
aumentará. Como Q1 e R2 formam um amplificador EC, a tensão no coletor de Q1
diminuirá por causa do ganho de tensão. Como a tensão no coletor de Q1 diminuiu, a
tensão na base de Q2 diminui. Visto que Q2 é um seguidor de emissor, a tensão na saída
diminuirá. Em outras palavras, temos uma realimentação negativa. O aumento original
na tensão de saída. produz uma diminuição oposta na tensão de saída. O efeito total é
que a tensão na saída aumenta apenas ligeiramente, muito menos do que poderia se não
existisse a realimentação negativa.
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  1. Introdução Um regulador de tensão é um dispositivo, geralmente formado por semicondutores, tais como diodos e circuitos integrados, que tem por finalidade a manutenção da tensão de saída de um circuito elétrico. Sua função principal é manter a tensão produzida pelo gerador dentro dos limites exigidos pela bateria ou sistema elétrico que está alimentando. Um regulador de tensão é incapaz de gerar energia. A tensão de entrada deve ser sempre superior à sua tensão de regulagem nominal. Dependendo do projeto, ele pode ser usado para regular uma ou mais tensões AC ou DC. Reguladores de tensão são encontrados em dispositivos como fontes de alimentação variadas, em alternadores automotivos e centrais de usinas elétricas, nesse último caso o regulador de tensão é utilizado para distribuir uma tensão constante para todos os clientes.
  2. Circuito regulador de tensão contínua com transistores bipolares

A Figura 1 mostra um regulador de tensão. A tensão CC na entrada Vin vem de uma fonte de alimentação não regulada como de uma ponte retificadora com um capacitor de filtro. Tipicamente, Vin tem uma ondulação de pico a pico de cerca de 10% da tensão CC. A tensão final de saída Vout quase não apresenta ondulação e seu valor é quase constante, embora a tensão na entrada e a corrente na carga possam variar por uma larga faixa. Como ele funciona? Qualquer tentativa de variação na tensão de saída produz uma tensão de realimentação amplificada que se opõe à variação original. Por exemplo, suponha que a tensão na saída aumente. Logo, a tensão que aparece na base de Q aumentará. Como Q1 e R2 formam um amplificador EC, a tensão no coletor de Q diminuirá por causa do ganho de tensão. Como a tensão no coletor de Q1 diminuiu, a tensão na base de Q2 diminui. Visto que Q2 é um seguidor de emissor, a tensão na saída diminuirá. Em outras palavras, temos uma realimentação negativa. O aumento original na tensão de saída. produz uma diminuição oposta na tensão de saída. O efeito total é que a tensão na saída aumenta apenas ligeiramente, muito menos do que poderia se não existisse a realimentação negativa.

Figura SEQ Figura * ARABIC 1 - Regulador de Tensão com Transistores

Inversamente, se a tensão na saída tentar diminuir, a tensão na base de Q1 será menor, a tensão no coletor de Q1 aumentará e a tensão no coletor de Q2 aumentará. Novamente, temos um retorno de tensão que se opõe à variação original na tensão de saída. Portanto, a tensão de saída diminuirá apenas um pouco, muito menos do que poderia se não existisse a realimentação negativa. Por causa do diodo Zener, a tensão no emissor de Q é igual VZ. A tensão na base de Q1 é uma queda VBE. Portanto, a tensão em R4 é:

Com a lei de Ohm, a corrente em R4 é:

Como esta corrente circula por R3 em série com R4, a tensão na saída é:

Após expansão:

Exemplo:

Para o calculo da tensão Vout do circuito da Figura 2:

apresentada na Figura 3, o circuito TL431 é usado como referencia para um bloco que fornece uma tensão de saída de 24V sob corrente até 2,5 A.

O ganho do transistor é 1000 e a corrente em sua base da ordem de 7,5 mA. Outros transistores com capacidade diferente de corrente e ganho equivalente podem ser usados na mesma configuração.

A relação entre os resistores de saída determina a tensão. Esses componentes podem ter seus valores alterados caso o leitor deseje programar a tensão de saída para outro valor.

  1. Circuito regulador de tensão contínua que utilizam circuitos integrados lineares

O regulador de tensão mantém a tensão de saída constante mesmo havendo mudanças na tensão de entrada ou na corrente de saída. O regulador de tensão pode ser projetado com componentes discretos ou podem ser adquiridos na forma de circuitos integrados (CI), estes por sua vez são mais precisos e ocupam menor espaço por serem mais compactos.

Há vários tipos de reguladores de tensão no mercado atualmente, entre eles pode-se citar os circuitos intergrados (CIs) da série 78XX que são utilizado para tensões positiva e os da série 79XX que são utilizados para tensões negativas.

Pode-se notar na tabela a seguir as principais características dos reguladores da série 78XX e 79XX:

3.1. Exemplo de circuito regulador de tensão contínua que utilizam circuitos integrados lineares

Conversor de 12V para 5V:

Figura SEQ Figura * ARABIC 5 - Circuito regulador de tensão contínua com CI linear

Ligando-se um resistor R em série com o pino 2 do regulador 7805, é possível obter-se uma tensão regulada de saída maior que 5V, porque a corrente de saída no pino 2 é constante e igual a 5mA.

Assim:

V saída = 5V + VR

V saída = 5V + 800. 5mA

V saída = 5V + 4V = 9V

3.1. 3.2. Circuito integrado 7805

  • O CI 7805, é capaz de regular a tensão de saída em seu terminal, conferindo maior funcionalidade durante a criação de projetos eletrônicos, principalmente no caso de placas de circuito impresso.
  • O terminal de entrada do CI pode receber tensão de 7V a 20V, entretanto, oferecerá em seu terminal de saída 5V estabilizado com corrente máxima de 1A.
  • Alguns exemplos práticos da utilização do CI 7805 são em placas eletrônicas, fontes de alimentação, carregadores de bateria e celulares, entre outros. Enfim, pode ser aplicado de forma que melhor atenda sua necessidade.
  • O CI 7805 é muito compacto e funcional, sendo um componente eletrônico de grande utilidade, ocupando mínimo espaço nas placas e locais onde estará sendo aplicado.
  • Características:
  • Regulador de tensão 5V;
  • Circuito integrado 7805;
  • Ideal para projetos eletrônicos;
  • Aplicado comumente em placas de circuito impresso;
  • Especificações:
  • Tensão de entrada: DC 7~20V;
  • Tensão de saída: DC 5V;
  • Corrente máxima: 1A;
  • Regulador 7805-5.0V;
  • Dimensões (AxLxE): 15,4x10x4,5mm (ignorando-se os pinos);
  • Peso com embalagem: 1,4g.
  • Este circuito integrado pode ser encontrado tanto no invólucro plástico TO-220(mais comum), como no invólucro metálico (TO-3), conforme mostra a Figura 5. Também existe uma versão invólucro SOT-54 para 200 mA. A faixa de tensões de entrada vai de 7 a 35V