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Aula08 Indice de Aulas Aula10

Eletrônica Básica 1

Aula 09: Reguladores de três terminais

Referencias

MALVINO, Albert. Eletronica V1

ALBUQUERQUE, R.O. ; PINTO, L. F. Eletronica Analogica. V2. São Paulo: Fundação Pe. Anchieta
SEDRA, A. Microeletronica

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.

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 (V_IN) 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:

P_D=(V_IN –V_OUT)

Recomenda-se que o valor mínimo não seja muito maior que o necessário. Se a diferença (V_IN- V_OUT) 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 Aplicações do CI da familia 78XX

A aplicação mais simples consiste simplesmente no CI como na Figura 3a. 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 do filtro do retificador,

( a )

Figura 3 - Regulador de 3 terminais em aplicação basica - Clique no circuito para acessar o arquivo Multisim Live

Cuidado com Calor Desnecessário - 7805

O C.I de três terminais não é muito eficiente. Considere que é usado um 7805. A potencia dissipada no CI é dada por:

P = (VIN – 5V) x IL, onde Vin(Ve) é a tensão aplicada na entrada, IL é a corrente na carga, que é aproximadamente igual a corrente no CI (deve ser adicionado 5mA) que é a corrente de polarização sainda pelo terminal GND.

Figura 4 - Regulador 7805 submetido a uma tensão de entrada de 15V e corrente de 0,5A.

Suponha que a entrada é 15V e a correntes na carga 0,5A. A potência dissipada no C.I será:

P = (15V – 5V) x 0,5A= 5 W, sendo necessario um dissipador.

A potência util efetivamente é: 5Vx0,5A=2,5 W Potência total: 15Vx0,5A=7,5 W

Suponha que a entrada é 9 V. A potência dissipada no C.I será:

P = (9V – 5V) x 0,5A= 2 W, potência util= 2,5 W potência total: 9Vx0,5A=4,5 W

Então é importante no projeto, calcular os valores maximos e minimos da tensão no filtro do retificador

Regulador com 7805 – Entrada com Ripple

O que acontece se a entrada for Ve=8+1sen(w.t)(V), isto é, um valor medio (8V) adicionado a um sinal de 1V de pico.? Em principio a saida será regulada em 5V, se a entrada Ve (VIN)>5V+2,5V=7,5V.

Figura 5 - Regulador 7805 com entrada com ripple - Clique no circuito para acessar o arquivo Multisim Live

Aumentando a tensão de saída

É possivel obter uma tensão regulada maior que 5V usando o 7805. Observe o circuito da Figura 6. A tensão de saida será igual a:

Vs=Vz+5V, no exemplo Vz=4V. logo a saida será aproximadamente 9V, isso se a entrada Ve> 9+2,5=11,5V

Figura 6 - Aumentando a tensão de saída - Clique no circuito para acessar o arquivo Multisim Live

Arquivo Multisim live

A Figura 7 mostra outra alternativa para aumentar a tensão de saida usando o 7805. Nesse caso a tensão de saida, Vs é dada por:

Vs= 5V. (1+ R2/R1) + R2. Ipol onde Ipol é a corrente de polarização que sai pelo terminal GND, e vale 4,8mA.

Figura 7 - Aumentando a tensão de saída - Clique no circuito para acessar o arquivo Multisim Live

Arquivo Multisim Live

Fonte de corrente constante

Uma fonte de corrente aplicada a uma carga mantem a corrente constante mesmo que a carga mude de valor (tensão mude valor), no caso ideal. Na pratica existe um limite permitido para que a corrente permaneça constante. Existem varias formas de se construir uma fonte de corrente constante. O circuito da Figura 8 pode se comportar como uma fonte de corrente constante.

Figura 8 - Construindo uma fonte de corrente constante com 7805 - Clique no circuito para acessar o arquivo Multisim Live
Arquivo Multisim Live

No circuito da Figura 8:

IL=IR+IPol, IR=VR/50 onde VR=5V No exemplo, IR= 5V/50 Ω =0,1A=100 mA Logo IL=5mA +100 mA =105 mA

Caso seja necessário na carga 100 mA, o valor de R deve ser ajustado para que IR=95 mA ou R=5V/95mA=52,6 Ohms

Exercicio Resolvido

1.3 Fonte Simétrica

São usadas para alimentar Amplificadores Operacionais (Amp Op) e em alguns tipos de saida de potencia. A fonte simetrica que aqui descreveremos é para o primeiro caso. Inicialmente é mostrado como obter a tensão retificada simetrica. Basicamente são dois retificadores com CT com os diodos invertidos, Figura 9, um fornece a tensão positiva (D1 e D2) o outro fornece a tensão negativa (D3 e D4). Observe as formas de onda nas carga RL1 (Positiiva) e RL2 (Negativa).

Figura 9 - Construindo uma fonte simetrica retificador
Arquivo Multisim Live

Adicionando dois capacitores de filtro C1 e C2 em para lelo com RL1 e RL2, Figura 10.

Figura 10 - Construindo uma fonte simetrica retificador com filtro capacitivo
Arquivo Multisim Live

Adicionando os reguladores 7809 e 7909, lembrando que os valores podem ser reajustados e até adicionados capacitores (antes do CI e apos). A Figura 11 mostra o circuito com uma possivel aplicação (alimentar um Amp Op).
Obs: O Multisim Live não tem o regulador 79XX. Clique na imagem para acessar o arquivo Multisim 14.

Figura 11- Construindo uma fonte simetrica -n Adicionando os dois reguladores

1.3 O Regullador LM317

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 12a mostra o circuito basico.

Figura 12- Circuito do regulador LM 317b ( a ) Basico ( b ) regulador ajustavel

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:

Lembrando que essa é a expressão aproximada se for considerada a corrente de polarização (0,05mA) deve ser4 adicionado o termo R1.x Ipol.

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 12b

O circuito da Figura 13 é uma fonte de corrente constante, pois a corrente na carga, IL, é aproximadamente constante em uma faixa de RL se IL>>IADJ

Figura 13- Fonte de corrente com regulador LM 317

Com os valores da Figura 13 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 14 mostra a condição limite.

Figura 14 - 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 15 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 15 - Circuito para exercicio proposto 1

Exercicio proposto 2

No circuito da Figura 16 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 16 - Circuito para exercicio proposto 2

2. Experiencia: Regulador 7805

2.1. Abra o arquivo ExpEN1_17 Regulador 7805 (Multisim 14) e identifique os circuitos da Figura 17. 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 17 - Regulador 7805 para experiencia ( a ) circuito 1 ( b ) circuito 2

Fonte: Multisim v. 14

Arquivo Multisim Live - Regulador 7805 Arquivo Multisim Live - Regulador 7805 com ripple

Tabela 1 - Medindo a tensão na saida do 7805

VIN(V)	4	5	6	7	8	9	10
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 (Multisim 14) e identifique o circuito da Figura 18. Para cada valor de R1 da tabela 2 meça a saida e anote.

Figura 18 - Regulado LM 317 para experiencia

Fonte: Multisim v.14

Arquivo Multisim Live

Tabela 2 - Regulador de tensão ajustavel - Medindo a tensão na saida do LM 317

Valores calculados de Vs			Valores medidos de Vs
R1=0	R1=1k	R1=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 (Multisim 14) e identifique o circuito da Figura 19. Observe que é aplicada uma tensão negativa de -1,2 V de forma que a saida, em relação ao circuito anterior, será Vs -1,2 V.

Obs: A fonte simetrica +15V/-15V é obtida como visto anteriormente usando um 7815 e um 7915.

( a ) ( b )

Figura 19 - Regulador com ajuste de zero - (a ) Com bateria e 1,25V ( b ) Obtendo a tensão de 1,25V - Clique no circuito para acessar Arquivo Multisim Live

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.

5 Exercicios

1) a) No circuito da Figura 20, o CI é 0 LM 317. Quais os limites da tensão de saída, para R1=0 e R1=2k? b) Qual a relação entre R1 e R2 para Vs=7V?

Figura 20 - Circuito para exercicio 1

Solução:

a) Vs=1,25.(1+R1/R2)

Com R1=0 Vs=1,25V

Com R1=2k Vs=1,25.(1+2000/200)=13,75V VIN-Vout=15-13,75= 1,25V que é menor que 2,5V logo a saída será menor que 13,75V

b) Vs=7V=1,25.(1+R1/R2) logo R1/R2=4,6 adotando R2=200 Ohms resulta R1=920 Ohms

Obs: Os valores de R1 e R2 não podem ser altos ( a soma menor que 15k), pois caso contrario na expressão da saída

deverá ser adicionado R2.Ipol sendo Ipol=50 uA.

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