Os reguladores de tensão pegam uma tensão de entrada e criam uma tensão de saída regulada em um nível fixo ou ajustável. Esta regulação automática do nível de tensão de saída é tratada de forma diferente por vários tipos de reguladores de tensão.
Tipos de reguladores de tensão
Os reguladores de tensão mais acessíveis e muitas vezes mais fáceis de usar são os reguladores de tensão lineares. Os reguladores lineares são compactos e frequentemente usados em sistemas de baixa tensão e baixa potência. Os reguladores de comutação são mais eficientes que os reguladores de tensão linear, mas são mais difíceis de trabalhar e mais caros. Os diodos Zener são baratos e simples de usar, mas são menos eficientes que os reguladores lineares.
Reguladores Lineares
Uma das maneiras mais básicas de fornecer uma tensão estável para eletrônicos é usar um regulador de tensão linear padrão de 3 pinos, como o LM7805, que fornece uma saída de 5 volts e 1 amp com uma tensão de entrada até 36 volts (dependendo do modelo).
Os reguladores lineares funcionam ajustando a resistência em série equivalente (ESR) do regulador com base em uma tensão de realimentação, tornando-se essencialmente um circuito divisor de tensão. Isso permite que o regulador produza uma tensão constante, independentemente da carga de corrente colocada nele, até sua capacidade de corrente.
Uma das grandes desvantagens dos reguladores de tensão linear é a grande queda de tensão mínima, que é de 2,0 volts no regulador de tensão linear LM7805 padrão. Isso significa que, para obter a saída estável de 5 volts, é necessária uma entrada de pelo menos 7 volts. Essa queda de tensão desempenha um grande papel na potência dissipada pelo regulador linear, que deve dissipar pelo menos 2 watts se fornecer uma carga de 1 amp (queda de tensão de 2 volts vezes 1 amp).
A dissipação de energia piora à medida que a diferença entre a tensão de entrada e saída aumenta. Por exemplo, enquanto uma fonte de 7 volts regulada para 5 volts fornecendo 1 amp dissipa 2 watts através do regulador linear, uma fonte de 10 volts regulada para 5 volts fornecendo a mesma corrente dissipa 5 watts, tornando o regulador apenas 50% eficiente.
Reguladores de comutação
Os reguladores lineares são ótimas soluções para aplicações de baixo custo e baixo consumo de energia, onde a diferença de tensão entre a entrada e a saída é baixa e não é necessária muita energia. A maior desvantagem dos reguladores lineares é que eles são ineficientes, e é aí que os reguladores de comutação entram em ação.
Quando é necessária alta eficiência, ou uma ampla faixa de tensão de entrada é esperada, um regulador de comutação torna-se a melhor opção. Os reguladores de tensão de comutação têm eficiências de energia de 85% ou mais em comparação com as eficiências dos reguladores de tensão linear que geralmente estão abaixo de 50%.
Reguladores de comutação geralmente requerem componentes extras em relação aos reguladores lineares. Os valores dos componentes têm mais efeito sobre o desempenho geral dos reguladores de comutação do que os reguladores lineares. Há também desafios de projeto em usar reguladores de comutação de forma eficaz sem comprometer o desempenho do circuito resultante do ruído eletrônico que o regulador gera.
Díodo Zener
Uma das maneiras mais simples de regular a tensão é com um diodo Zener. Embora os reguladores lineares sejam geralmente básicos em design, um diodo Zener fornece regulação de tensão adequada em um único componente.
Como os diodos Zener desviam toda a tensão extra acima de seu limite de tensão de ruptura para o terra, ele pode ser usado como um regulador de tensão simples com a tensão de saída puxada pelos terminais do diodo Zener.
No entanto, os Zeners geralmente têm capacidade limitada de lidar com energia, o que os limita apenas a aplicações de baixa potência. Ao usar diodos Zener dessa maneira, é melhor limitar a energia disponível que pode fluir através do Zener selecionando estrategicamente um resistor de tamanho adequado.
