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O que é um Circuito Regulador de Tensão

2 de março de 2023 0 Comentários Leitura: 7 min

Um regulador de tensão é um circuito usado frequentemente em uma fonte de alimentação para fornecer uma tensão constante, apesar das demandas de saída e níveis de entrada variáveis.

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Os reguladores de tensão são amplamente utilizados em circuitos eletrônicos de alimentação. 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 usar reguladores IC.

Os reguladores IC permitem alcançar níveis muito elevados de desempenho, muitas vezes usando comparativamente poucos componentes, mas muitas vezes para muitos projetos é possível usar alguns componentes disponíveis para fazer um circuito regulador de tensão perfeitamente adequado.

Sumário

O que é um regulador de tensão

Os reguladores de tensão são usados em muitos circuitos para fornecer tensões de saída reguladas. Os circuitos podem ser projetados usando componentes discretos e, alternativamente, existem muitos circuitos integrados que fornecem essa função de circuito.

Vale a pena definir o termo regulador de tensão para fornecer uma compreensão concisa do que são reguladores de tensão:

Definição do regulador de tensão:

Um regulador de tensão é um circuito usado frequentemente em uma fonte de alimentação, mas pode ser usado em qualquer lugar dentro de um circuito para fornecer uma tensão constante, apesar das demandas de saída e níveis de entrada variáveis.

As especificações dos reguladores de tensão definirão seu desempenho em termos de como ele regula a tensão de saída em termos de diferentes níveis de carga, bem como diferentes condições de entrada. A temperatura também pode afetar o desempenho.

Conceito básico por trás dos circuitos reguladores de tensão

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

Circuito regulador em 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 total seja o regulador em série.

Além dos reguladores de tensão serem classificados como reguladores 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 utilizados. 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 da operação do circuito gira em torno do controle da condutância deste elemento em série por uma tensão de controle.

Se a tensão da saída estiver tendendo 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 no 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.

Diagrama de blocos de um regulador de tensão em série - este conceito básico é usado na maioria das fontes de alimentação lineares — Diagrama de blocos de um regulador de tensão em série

Da mesma forma, se a tensão na carga tende a cair muito, 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 seja mantida.

Esta é uma forma típica de sistema de feedback negativo. A tensão de controle deve ter uma referência com a qual a saída possa 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 tomada, muitas vezes 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. Ao colocar um resistor variável no divisor de potencial, a tensão que é comparada com a tensão de referência pode ser alterada. Isso, por sua vez, alterará a tensão de saída do circuito regulador de tensão.

Circuito regulador de tensão de derivação

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 para que a tensão na carga permaneça a mesma.

Shunt regulador com feedback — Diagrama de blocos do regulador de tensão shunt com realimentação

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 as variações de corrente pela carga não causarão variações (significativas) de tensão, 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 do 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 maneira 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 de desempenho muito altos em termos de ruído, ondulação e regulação, esse tipo de circuito não é eficiente.

O elemento regulador em série requer uma queda de tensão significativa através dele para que seja 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 dependentes 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 maneira linear, o elemento em série nos reguladores de comutação possui apenas dois estados – ligado e desligado.

O regulador funciona carregando um grande capacitor na saída. À medida que a tensão cai à medida que a carga é usada para alimentar a carga, o regulador em série liga. Assim que atingir a tensão necessária, desliga-se novamente.

Por ter um capacitor de reservatório suficientemente grande na saída, os picos de comutação são removidos na rede.

A vantagem de mudar os reguladores é o 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 comutação presentes na saída, e o nível de ruído geral na saída é maior do que os oferecidos pelos reguladores lineares. No entanto, eles são bastante adequados para muitas aplicações e, como resultado, são amplamente utilizados.

Os reguladores de tensão lineares são amplamente utilizados 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 os suprimentos para a maioria dos circuitos.

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