REGULADORES DE TENSIÓN VARIABLES

Un regulador de tensión es un dispositivo electrónico diseñado con el objetivo de proteger aparatos eléctricos y electrónicos sensibles a variaciones de voltaje. Es un circuito que se encarga de reducir el rizado en la señal eléctrica y de proporcionar una tensión de salida exacta. El regulador de tensión eleva o disminuye la corriente para que el voltaje sea estable, es decir, para que llegue a los aparato sin irregularidades.

Fuente de tensión regulada variable con regulador LM317

El LM317 es un regulador de tensión ajustable de tres terminales capaz de suministrar más de 1,5 A en un rango de entre 1,2 hasta 37 Voltios.

Características

Para su empleo solo requiere dos resistencias exteriores para conseguir el valor de salida. De

hecho la línea de carga y regulación es mejor que en los reguladores fijos. Además de las

mejores características respecto a los reguladores fijos, dispone de protección por limitación de

corriente y exceso de temperatura, siendo funcional la protección por sobrecarga incluso si el

terminal de regulación está desconectado. Normalmente no necesita condensadores mientras

esté a menos de 15 centímetros de los filtros de alimentación. Dado que es un regulador

flotante y solo ve la entrada a la salida del voltaje diferencial, se puede utilizar para regular altas

tensiones mientras no se supere el diferencial de entrada/salida.

La tensión entre la patilla ajuste y salida es siempre de 1,25 voltios (tensión establecida

internamente por el regulador) y en consecuencia la corriente que circula por la resistencia R1

es: IR1 = V / R1 = 1,25/R1

Esta misma corriente es la que circula por la resistencia R2. Entonces la tensión en R2: VR2 =

IR1 x R2. Si se sustituye IR1 en la última fórmula se obtiene la siguiente ecuación: VR2 = 1,25

x R2 / R1.

Como la tensión de salida es: Vout = VR1 + VR2, entonces: Vout = 1,25 V + (1,25 x R2 / R1)V

simplificando (factor común) Vout = 1,25 V (1+R2 / R1) V

De esta última fórmula se ve claramente que si modifica R2 (resistencia variable), se modifica

la tensión Vout

En la fórmula anterior se ha despreciado la corriente (IADJ) que circula entre la patilla de ajuste

(ADJ) y la unión de R1 y R2. Esta corriente se puede despreciar, tiene un valor máximo de 100

uA y permanece constante con la variación de la carga y/o de la tensión de entrada.

Con el propósito de optimizar la regulación el resistor R1 se debe colocar lo más cercano

posible al regulador, mientras que el terminal que se conecta a tierra del resistor R2 debe estar

lo más cercano posible a la conexión de tierra de la carga

Cálculo de un regulador de tensión con un LM317

Para poder diseñar un circuito de un regulador de tensión ajustable con un LM317, o hacer un nuevo diseño del mismo, necesitamos calcular los valores de dos resistencias, R1 yR2.

      

  Cuando usamos los reguladores de tensión ajustables, como el LM317 y elLM337, la entrada de tensión tiene que ser de un valor entre 1,2 y 1,25 V por encima de la tensión de salida deseada. Esto es debido a que la tensión en la entrada (ADJ) se compara internamente con una tensión de referencia (Vref) que tiene ese valor. La tensión de referencia siempre existe en los extremos de la resistencia R1. Esta junto a la resitencia R2 determinan la corriente que va a pasar por el terminal ADJ. Esto está determinado por la siguiente fórmula: Vout =Vref [1+(R2/R1)] + (iADJ)(R2)

 Luego de despejar y considerando que iADJ toma siempre un valor muy bajo nos queda:

R2 = (R1/Vref) (Vout - Vref)

R2 = (R1/1,2) (Vout - 1,2)

Ejemplo:   Si queremos una tensión en la salida del 317 de 25 V y tomamos

aR1=240 ohms:R2 = (240/1,2) (25 - 1,2) = 4760

Y nos quedaría así el circuito.

 

Para facilitar el cálculo si a R1 le damos el valor de 1K2 ohms y tomando aVref=1,2 nos quedará la fórmula de manera mas simplificada:

R2 = 1000 (Vout - 1,2)

 

Regulador ajustable LM337

El LM337 es un regulador de tres terminales de voltaje negativo capaz de entregar 100 mA y un rango de salida de 1.2 a 37 volts. Requiere solo dos resistores para fijar la tensión de salida, además las regulaciones de línea y de carga son mejores que la de los reguladores fijos.

Además de su mejor rendimiento sobre los reguladores fijos, el LM337 ofrece una protección completa contra sobrecarga. Incluyendo en el chip un limitador de corriente y protección contra sobrecarga térmica. Todas las protecciones de sobrecarga permanecen funcionales aún cuando la terminal de ajuste esté desconectada.

# Características:

Salida ajustable hasta 1.2 volts.

Salida de corriente garantizada a 100 mA.

Regulación de línea típicamente 0.01 % / volts.

Regulación de la carga típicamente 0.1 % .

Límite de corriente constante con la temperatura.

Elimina la necesidad de almacenar mucho voltaje.

Encapsulado estándar de tres terminales.

Rechazo de rizado de 80 db.

Generalmente solo un simple capacitor sólido de salida (de tantalio) es necesario solo si el dispositivo se encuentra alejado de los filtros capacitores de entrada en cuyo caso se utiliza una derivación a la entrada. Se puede agregar un mayor capacitor a la salida para mejorar la salida transitoria. El terminal de ajuste puede ser derivado para lograr altos rangos de rechazo de rizado, los cuales son difíciles de lograr con reguladores de tres terminales.

Además de reemplazar a los reguladores fijos, el LM337 es muy útil en una amplia gama de aplicaciones. Como el regulador está “flotando” y ve solo el voltaje diferencial de

entrada salida, se puede entregar varios cientos de voltios siempre que no exceda el voltaje diferencial máximo de entrada salida.

Se convierte en un regulador ajustado conmutado simple, en un regulador de salida programable o conectando un resistor fijo entre el ajuste y la salida, el LM337 puede ser usado como un regulador de corriente de precisión. Alimentación con apagado electrónico puede ser obtenido conectando a masa el terminal de ajuste, el cual programa la salida a 1.2 voltios donde la mayoría carga un poco de corriente.

El -LM337 es encapsulado en una envase TO-92 tipo transistor. El LM337 tiene un rango de operación desde los -25 ºC a 125 ºC.

Aplicaciones típicas

En operación el LM337 tiene una referencia de tensión interna de precisión que desarrolla una tensión nominal de -1.25 voltios, VREF, entre la salida y la terminal de ajuste. La tensión de referencia aparece a través del resistor programado , R1. Como VREF es constante, existe una corriente constante, I1 a través del resistor programado. La tensión de salida está dada entonces por

Vo = VREF + ( I1 + IADJ ) R2

= VREF + ( VREF R2 / R1 ) + IADJ R2

= VREF ( 1 + R2 / R1 ) + IADJ R2

Nótese que si VREF, R1, R2 e IADJ son constantes, entonces Vo también es una constante.

A menudo se utiliza un capacitor de paso de entrada. Para casi todas las aplicaciones, es adecuado un capacitor de disco de 0.1ðF o uno sólido de tantalio de 1 ðF. Este capacitor corta las variaciones de alta frecuencia que ocurren en los circuitos adjuntos.

Aunque el LM337 es estable sin capacitores de salida, como en cualquier circuito retroalimentado, ciertos valores de capacitancia externa pueden provocar oscilaciones excesivas conocidas como timbrado. Este se produce con capacitancias entre 500 y 5000 ðF. Un capacitor de tantalio sólido de 1 ðF ( o electrolítico de aluminio de 25 ðF ) en la salida reduce este efecto y asegura la estabilidad.