Reguladores de Tensão Lineares. O que são e como funcionam!

Fig. 1 - Reguladores de Tensão Lineares. O que são e como funcionam! 

Olá a Todos!

Com o rápido avanço da tecnologia e a crescente demanda por dispositivos cada vez menores, surge um desafio para os circuitos sensíveis, como microcontroladores, circuitos integrados e microprocessadores: a necessidade de uma tensão estável e contínua. 

Os reguladores de tensão lineares desempenham um papel fundamental nesse cenário, oferecendo precisão, tamanho compacto e baixo custo. Neste artigo, exploraremos o que são os reguladores de tensão lineares e como eles funcionam.

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O que é um Regulador Linear?

Um regulador linear é um circuito integrado que possui internamente um circuito ativo, como um transistor de junção bipolar, transistor de efeito de campo ou uma válvula termiônica. Esse circuito opera em sua região linear para manter uma tensão constante na saída, independentemente da tensão de entrada.

Os reguladores de baixa queda (LDO) são reguladores lineares de corrente contínua (CC) capazes de regular a tensão de saída mesmo quando a tensão de alimentação está próxima da tensão de saída, desde que nunca seja menor.

As tensões operacionais mais comuns utilizadas são 3,3V, 5V, 9V e 12V, e em alguns casos 1,4V. Isso torna os reguladores lineares componentes amplamente utilizados em uma grande variedade de dispositivos ou aplicações que requerem baixa potência.

Como Funcionam os Reguladores Lineares?

Os reguladores lineares atuam como uma válvula reguladora que controla a tensão de entrada (Vin), que sempre é maior do que a tensão de saída desejada (Vout). 

Para gerar uma tensão constante na saída em resposta às variações da tensão de entrada, os reguladores utilizam um comparador para medir e compensar o diferencial, garantindo que a saída esteja sempre de acordo com os valores desejados. Isso pode ser observado na Figura 2, retirada do datasheet.

Fig. 2 - Datasheet interno do componente regulador de tensão

O regulador de tensão é projetado para agir como um resistor variável, com sua resistência interna variando de acordo com a carga. O comparador mede a diferença entre a tensão de entrada e a tensão de saída e ajusta continuamente uma rede divisora ​​de tensão para manter uma tensão de saída constante.

A diferença entre as tensões de entrada e regulada é continuamente dissipada como calor residual, resultando em uma tensão de saída estabilizada.

Vantagens de utilização dos Reguladores de Tensão Lineares

Por ser versátil, e de fácil utilização, por ter suas configurações de apenas 3 Pinos; entrada, ajuste e saída, além de um baixo custo e com encapsulamento pequeno. 

São dotados de pequeno dropout, resposta transitória rápida, alta precisão, proteção de sobre corrente, proteção de alta temperatura, proteção contra curto-circuito, esse tipo de componente é bastante utilizado em uma ampla gama de circuitos eletrônicos. 

Desvantagens de utilização dos Reguladores de Tensão Lineares

Mesmo sendo fáceis de usar, simples e de baixo custo, os reguladores lineares não são dotados de uma boa eficiência, pois eles convertem toda a diferença entre a tensão de entrada e saída, em calor, além do mais, a potência dos reguladores é bastante limitada. 

Como o seu funcionamento é equiparado com um resistor para estabilizar a tensão, ele acaba desperdiçando uma grande quantidade de energia convertendo a corrente resistida em calor.

É por isso que os reguladores de tensão linear são ideais para aplicações em que os requisitos de energia são baixos e a diferença entre as tensões de entrada e saída seja mínima.

Podemos entender esse balanceamento entre a eficiência seguindo uma equação simples de se aplicar:

Equação da potência dissipada em um regulador linear é:

De = (Vin - Vout) x Ac 

• De = Dissipação de energia
• Vin = Tensão de entrada
• Vout = Tensão de saída
• Ac = Corrente da carga
  

Para melhor entendimento faremos uma análise comparando as duas situações diferentes dos reguladores de tensão:

Com uma tensão de entrada de 10 volts que é reduzida para 5 volts com um regulador de tensão LM7805, cuja corrente é de 1 Ampere, a potência dissipada é de 5 watts, e nesse caso temos a eficiência de 50% da carga reduzida.

E se utilizarmos o mesmo regulador com uma tensão entrada de 7 volts para ter a mesma saída de 5 volts, teremos a potência dissipada de apenas 2 watts, isso nos dará 71% de eficiência.

Reguladores Lineares Fixos

Existem um gama de reguladores lineares fixo, os mais conhecidos são os da linha LM78XX, pela qual XX será a tensão do regulador que variam entre: 5V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V… que são reguladores de tensão linear mais populares atualmente, pela facilidade de operação e baixo custo.

Os reguladores de tensão também trabalham para proteger os circuitos eletrônicos de qualquer dano potencial. Assim como os reguladores variáveis, os fixos tem os mesmos parâmetros que os ajustáveis, eles são dotados de proteção contra Curto-Circuito, contra Sobretensão, Sobre corrente, e proteção contra Sobre temperatura.

Conclusão

Em resumo, os reguladores de tensão lineares são componentes essenciais em circuitos eletrônicos que requerem uma tensão de saída estável e constante. Eles atuam como uma válvula reguladora, controlando a tensão de entrada e garantindo que a tensão de saída esteja sempre de acordo com os valores desejados. 

Com sua precisão, tamanho compacto e baixo custo, os reguladores lineares são amplamente utilizados em uma grande variedade de dispositivos e aplicações que requerem baixa potência.

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