Los circuitos integrados de la serie 78XX son reguladores diseñados para voltajes de salida fijos y positivos. Lo que muchos desconocen es que las aplicaciones de estos componentes no se limitan a este propósito. En este artículo, presentamos una serie de circuitos que utilizan estos circuitos integrados, demostrando varias ideas prácticas importantes.
Nota: Artículo publicado en la revista Saber Eletrônica, número 226, 1991. ART5379
Toda fuente de alimentación consta de etapas, siendo las principales: transformación, rectificación, filtrado y regulación. La etapa de regulación tiene varias configuraciones, según cada aplicación. Entre estas configuraciones se encuentran las que utilizan reguladores de voltaje integrados, con un voltaje de salida fijo, negativo o positivo.
La familia 78XX consta de circuitos integrados reguladores positivos, mientras que la serie 79XX funciona con valores de voltaje negativos en su salida.
La Tabla 1 muestra los valores mínimos y máximos de voltaje de entrada para los circuitos integrados de la serie 78XX. El valor de la tensión regulada se indica mediante los dos últimos números.
Tenga en cuenta que los elementos de esta familia cuentan con protección interna contra sobrecalentamiento y sobrecargas, y no requieren componentes adicionales para su regulación.
La Figura 1 muestra el diagrama de bloques de un circuito integrado regulador de tensión, compuesto por: — Elemento de referencia: proporciona una tensión de referencia conocida y estable.
— Elemento de transformación de tensión: muestrea el nivel de tensión de salida.
— Elemento comparador: compara el nivel de referencia y el de salida para generar una señal de error.
— Elemento de control: utiliza esta señal de error para transformar la tensión de entrada y producir la salida deseada.
Añadiendo componentes externos, podemos modificar la configuración interna del CI y, por lo tanto, ampliar sus aplicaciones. Consideremos:
1. REGULADOR DE TENSIÓN ESTÁNDAR
La aplicación más común en circuitos que utilizan Cls 78XX se muestra en la Figura 2.
La tensión de salida depende del circuito integrado utilizado, y la corriente máxima para cualquier CI de esta serie es de 1 A. El capacitor C1 filtra la tensión procedente del rectificador, mientras que el capacitor C2 desacopla la fuente de alimentación.
2 – REGULADOR FIJO CON MAYOR TENSIÒN DE SALIDA
Si desea construir una fuente de alimentación de 12 V, pero solo dispone de Cls 7805 en su banco de trabajo, ¿qué debería hacer?
Es sencillo: simplemente añada un elemento que provoque una caída de tensión, como se muestra en la Figura 3.
De esta manera, el voltaje de salida será la suma del voltaje regulado por el CI (Vreg) más la caída del componente.
El valor de la resistencia se calcula mediante la siguiente fórmula:
Donde:
Vs = voltaje de salida deseado
Vreg = voltaje de salida del regulador
R = resistencia en kΩ
En el ejemplo dado, el valor obtenido para R fue de 1,4 kΩ.
El valor comercial más cercano es 1,2 kΩ.
Si el consumo de corriente supera los 500 mA, se recomienda colocar el CI en un disipador de calor adecuado.
3. AUMENTO DE LA TENSIÓN DE SALIDA CON UN ZENER
Si se reemplaza la resistencia por un diodo Zener, la tensión de salida aumentará en función de su tensión (Figura 4).
Este mismo razonamiento se aplica a los diodos rectificadores comunes, como se muestra en la Figura 5.
Dado que la tensión de entrada supera el límite admitido, el circuito no es a prueba de cortocircuitos.
4. TENSIÓN DE SALIDA AJUSTABLE CON UN CI REGULADOR FIJO
En la Figura 6, tenemos un circuito con un rendimiento superior en términos de regulación. Nótese que la configuración es la misma que en la Figura 3, con la adición de un potenciómetro.
De esta manera, podemos variar la tensión de salida desde la tensión de regulación del CI (Vreg) hasta el valor máximo, dado por la fórmula:
Vreg = tensión de salida del regulador
R1 y P1 = resistencia y potenciómetro en ohmios.
lq = corriente de reposo.
El parámetro lq se denomina corriente de funcionamiento en reposo y generalmente se encuentra en el rango de 3 mA a 10 mA. Es la corriente que fluye desde la entrada hasta el terminal común del CI y varía para cada regulador.
3. FUENTE DE CORRIENTE FIJA
En algunos casos, se necesita una corriente constante, como en un cargador de batería. Sabemos que el CI tiene una tensión de salida constante (Vreg). Si añadimos una resistencia, tendremos una corriente constante en la salida (Figura 7).
Para la fuente de corriente del ejemplo, la fórmula para calcular el valor de Is es:
IS = (Vreg / R) + Iq
Para el CI 7805, el manual indica una corriente de reposo de 4,2 mA.
6. FUENTE DE CORRIENTE AJUSTABLE
Si se requiere una corriente de salida ajustable, utilice el circuito de la Figura 8.
La corriente de salida máxima y mínima se calcula mediante la fórmula:
ISMAX = [ Vreg / ( R + P ) ] + Iq
ISMIX = ( Vreg / R ) + Iq
El ajuste de la corriente se controla mediante el potenciómetro, cuyo valor se calcula en función del rango de corriente.
7. CÓMO AUMENTAR LA CORRIENTE DE SALIDA
La forma más sencilla de aumentar la capacidad de corriente de salida de un CI 78XX se muestra en la Figura 9.
En este ejemplo, usamos el CI 7818, pero la idea se aplica a todos. La resistencia
Un regulador de potencia en paralelo con el CI facilita la conducción de la corriente.
Recuerde que los condensadores C1 y C2 filtran y desacoplan la fuente de alimentación, respectivamente.
8. REGULADORES 78XX EN PARALELO
Otra sugerencia muy interesante se muestra en la Figura 10. Al estar los CI en paralelo, la corriente se divide, lo que resulta en un mayor suministro de corriente al sistema.
Los diodos D1, D2 y D3 aíslan las entradas del regulador, mientras que D4, D5 y D6 provocan la caída de tensión para compensar la tensión de entrada.
Recomendamos utilizar un máximo de cinco CI en esta configuración para evitar la inestabilidad del circuito.
La capacidad de corriente para este ejemplo es de 3 A.
9. REGULADOR DE TENSIÓN FiX0 DE 7 A
Con la ayuda de un transistor de potencia, podemos aumentar aún más la capacidad de corriente de salida de un CI en esta serie (Figura 11).
Por lo tanto, para corrientes de hasta 4 A, recomendamos utilizar un transistor TIP 42. Para corrientes más altas (hasta 7 A), el transistor utilizado debe ser el MJ2955 o el 2N2955.
La tensión de salida lo establece el CI, y los transistores deben colocarse en disipadores adecuados para el volumen de corriente deseado. Como aplicación, recomendamos usarlos en fuentes de alimentación para amplificadores automotrices, en cuyo caso el CI debe ser un 7812.
10. REGULADOR DE 7 A CON PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITO
En los circuitos propuestos, si se produjera un cortocircuito en la salida, el CI y el transistor (si se utiliza) se quemarían con toda seguridad. La Figura 12 ilustra un circuito que evita que esto ocurra. En funcionamiento normal, Q2 suministra la corriente de salida, junto con el CI. La resistencia R1 es el sensor de corriente de cortocircuito y se calcula mediante la fórmula:
R1 = 0,7 / Icc
Donde:
R1 = resistencia en ohmios
Icc = corriente de cortocircuito en amperios
0,7 = corresponde a la tensión base-emisor del transistor Q1, utilizada
Para calcular el valor de R1, simplemente sustituya el valor de corriente máxima del circuito.
11. REGULADOR AJUSTABLE CON CI 7805 Y 741
Algunas aplicaciones requieren una mejor regulación de salida. La Figura 13 muestra un ejemplo de un regulador con una tensión de salida ajustable de 7 V a 20 V.
En este caso, la tensión de salida siempre se regula desde un valor superior a 2 V de la tensión de regulación del CI hasta un valor máximo determinado por la tensión de entrada del CI. Por ejemplo, si hubiéramos utilizado un 7815 en lugar de un 7805, habríamos tenido una variación de 17 V a 20 V, o más, dependiendo de la tensión de entrada.
Tenga en cuenta que el circuito integrado 7824 no se puede utilizar en esta configuración, ya que el 741 podría quemarse, ya que estaríamos trabajando con más de 25 V.
12. FUENTE DE TENSION SIMÉTRICA CON CI 78XX
Observe que en la Figura 14, volvemos a utilizar el 741, que en este caso actúa como divisor de tensión, junto con las resistencias R1 y R2. Aunque los reguladores funcionan con tensiones positivas, creamos una referencia negativa con el amplificador operacional, obteniendo así tensiones positivas y negativas con respecto a tierra.
La diferencia entre la tensión de salida positiva y negativa depende de la tensión de offset del 741, con valores típicos entre 1 mV y 5 mV.
Los condensadores C1, C2, C3 y C4 filtran la corriente continua, y C5 acopla la entrada inversora (pin 2) a la salida del CI-3 (pin 6). Se puede utilizar cualquier regulador, excepto el 7824, debido a las limitaciones de voltaje del amplificador operacional.
Finalmente, para que se hagan una idea, cada uno de estos circuitos integrados está compuesto internamente por dos condensadores cerámicos, tres diodos Zener, 26 resistores de polarización y nada menos que 24 transistores.
