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Eletrônica Básica 1
Aula 09: Reguladores de três terminais
Bibliografia


1. Reguladores de 3 terminais
      Os reguladores integrados de três terminais são CI’s que geram uma tensão de referencia fixa entre dois terminais, saída (output) e GND ou ADJ. Existem vários CI’s de três terminais usados como reguladores  sendo os mais conhecidos os da   família 78XX (reguladores de tensão positiva) e família 79XX (reguladores de tensão negativa) e o regulador LM 317 para fonte ajustável.

1.1. Familia 78XX e 79XX
      As letras XX representam o valor da tensão regulada, assim é que 7805 é um regulador que fornece 5 V de tensão regulada, 7812 o regulador fornece 12 V. Da mesma forma  o CI 7905 fornece na saída a tensão será -5 V.
 
A Figura 1b mostra o circuito típico de um regulador de tensão 7805,  a entrada não regulada, Figura 1a, e a saída regulada, Figura 1c. Observar a simplicidade do circuito.

   
                       ( a )                                      ( b )                                     ( c )
Figura 1 - Regulador 7805 (a) entrada não regulada (b) circuito  (c) saída regulada

Para que um  regulador opere de forma adequada a tensão de entrada (VIN) deve ser pelo menos igual a XX+2 V,  no caso do 7805 pelo menos 7 V. A potencia dissipada no CI é calculada por:

PD=(VIN –VOUT)
 
Recomenda-se que o valor mínimo não seja muito maior que o necessário.  Se a diferença (VIN-VOUT) for muito grande a dissipação de potencia pode exceder a máxima permitida, que depende do tipo de encapsulamento. A máxima tensão de entrada é 35 V, mas o fabricante recomenda 25 V para 7805, 30 V para 7812 e 30 V para 7815.
 
Esses circuitos integrados estão disponíveis em diversos encapsulamentos sendo o mais comum o TO- 220 para 1 A. Outros encapsulamentos possibilitam correntes maiores ou menores. A Figura 2 mostra o CI 78XX e 79XX no encapsulamento TO-220 (1 A). Observe que a pinagem não é a mesma.

Figura 2 - Encapsulamentos (a) Familia 78XX (b) Familia 79XX
 
 
Observação: Atenção na identificação, pois existem outros componentes que usam o mesmo tipo de encapsulamento, tais como transistores, SCR e TRIAC.

1.2.  LM 317
  É um CI com comportamento semelhante ao da  familia 78XX, tendo encapsulamento semelhante. A tensão de referencia é 1,25 V entre o terminal OUT e ADJ sendo usado para construir fonte ajustavel. A Figura 3 mostra o circuito basico. Para esse circuito:
E considerando IADJ=0 (IADJ= 50 mA) então I1=I2 consequentemente


 
A tensão de saida,VL, é: VL=1,25V + VR1  resultando:


Se R1 for variavel, a tensão de saida,Vs,  será variavel de 1,25 V  (R1=0)  a  um valor maximo determinado pela relação R1/R2, Figura 3b
 
           
                               ( a )                                                                          ( b )
Figura 3 - Circuito do regulador LM 317b  ( a ) Basico   ( b ) regulador ajustavel

1.3. Aplicações
    A  aplicação mais simples consiste simplesmente no CI como na Figura 3. Os capacitores não são funcionais são recomendados pelo fabricante. C1 deve ser usado se o filtro estiver longe (o fabricante não especifica o que é longe).   C2 melhora a resposta melhora a resposta a transientes. De qualquer forma é bom usar, e no layout devem estar o mais proximo possivel do CI. A entrada deve ter um minimo de 7 V  de tensão e um máximo de 30 V. Vin é a  tensão obtida no filtro.
 


Figura 3  - Regulador de 3 terminais em aplicação basica

O circuito da Figura 4 é uma fonte  de corrente constante, pois a corrente na carga, IL, é aproximadamente constante em uma faixa de RL se IL>>IADJ.


Figura  4 - Fonte de corrente com regulador LM 317

Com os valores da Figura 4, a corrente em R será igual a  1,25V/50 W = 25 mA. Como o valor de IADJ é 50 mA a corrente na carga,IL,  vale aproximadamente 25 mA.
Se a tensão de entrada, VIn, for conhecida a faixa de valores de RL permitida pode ser determinada. Por exemplo, se VIN=12 V os limites de RL podem ser determinados. Considerando que VIN - VOUT>2 V, a Figura 5 mostra a condição limite.

Figura 5 - Fonte de corrente com valores limites

Considerando que a tensão entre IN e OUT está no limite minimo, a tensão na carga, VL,  estará no  limite:
VL<12 - (2+1,25)=8,75 V    conclui-se que RL<8,75V/25mA=0,35 k =350 W

O que acontece se RL for maior que esse valor? Por exemplo, RL=500 W . A tensão na carga  vale:

VL=0,5 k.25 mA=12,5 V !!!!! Impossivel, já que a fonte tem 12 V. O CI não regula mais.

Se RL=200 W       VL=0,2 k.25 mA= 5 V  o que significa VIN-VOU= 5,75 V  então o CI regula normalmente, isto é, a tensão entre OUT e ADJ é 1,25 V.

Exercicio proposto 1
Para o circuito da Figura 6 pedem-se: a) Qual o valor da tensão na saída (Vs)? b) Qual potencia dissipada no CI no item a?  c) Calcular R1 e R2 para que a saida seja 7 V


Figura 6 - Circuito para exercicio proposto 1

Exercicio proposto 2
No circuito da Figura 7  qual deve ser o valor minimo  de VIN  que garante a operação do circuito se R1= 1k   e  R2= 220 W ? Qual o valor maximo e minimo da tensão na saida, Vout?  Considerar  que para funcionar o CI  Vout - Vin > 2 V.


Figura 7 - Circuito para exercicio proposto 2

2. Experiencia: Regulador  7805
2.1. Abra o arquivo ExpEN1_17 Regulador 7805   (Arquivo Proteus) e   identifique os circuitos da Figura 8. No circuito 1 varie VIN de acordo com a tabela 1, anotando o valor de Vs. Identifique qual o valor da entrada que faz o regulador regular.

                              ( a )                                                                                                             ( b )
Figura 8 - Regulador 7805 para experiencia ( a ) circuito 1 ( b ) circuito 2
Tabela 1 - Medindo a tensão na saida do 7805
VIN(V)45678910
Vs(V)

2.2. Ajuste o Vripple de pico (Vpk) inicialmente em 0,5 V. Anote as formas de onda de entrada, VIN,e saida (Vs).
2.3. Repita 2,2 com Vripple de pico 1 V,  e depois 2 V.
2.4; escreva as suas conclusões.

3. Experiencia: LM 317
3.1.  Abra o arquivo ExpEN1_18  Regulador LM 317 e identifique o circuito da Figura 9. Para cada valor de R1 da tabela 2 meça a saida  e anote.

Figura 9 - Regulado LM 317  para experiencia
Tabela 2 - Medindo a tensão na saida do LM 317
Valores calculados de VsValores medidos de Vs
R1=0R1=1kR1=2k2
R1=0
R1=1k
R1=2k2



3.2. Escreva as suas conclusões.

4. Experiencia: Regulador de tensão ajustavel
4.1. Abra o arquivo  ExpEN1_19  Regulador LM 317 com ajuste de zero  e identifique o circuito da Figura 10.

Figura 10 - Regulador com ajuste de zero
4.2. Inicie a simulação e com R1 no maximo (100%) anote a tensão na saida, VL.
4.3. Diminua gradativamente  R1 (letra a minuscula do teclado) e anote o valor da saida com R1 em zero (0%).
4.4. escreva as suas conclusões.

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