REGULADORES INTEGRADOS 78XX

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REGULADORES INTEGRADOS DE VOLTAJE - FAMILIA 78xx y 79xx


Un dispositivo electrónico es aquel cuya estructura de funcionamiento, utiliza semiconductores, normalmente de silicio, lo cual da origen a una diversa variedad de componentes: diodos, transistores, circuitos analógicos, digitales, etc. Lo anterior también rige para las válvulas al vacío.

Los circuitos electrónicos deben funcionar, en su gran mayoría, con voltajes DC, y por ello es primordial que posean una etapa electrónica llamada fuente de alimentación o fuente de poder, la cual transforma el voltaje de 220 AC de la red eléctrica domiciliaria en voltaje DC. La fuente de poder o Power Supply es diseñada de muchas formas según el requerimiento específico del equipo, su uso o complejidad. Es por esto que a la hora de realizar cualquier circuito electrónico práctico, el diseñador debe necesariamente realizar una fuente de alimentación acorde a las necesidades del circuito. Una tecnología muy común en circuitos de sonido, es el uso de Reguladores de Voltaje Integrados Estos dispositivos de gran utilidad aúnan todas las ventajas de una fuente de alimentación en un solo encapsulado, reduciendo el problema de diseños discretos con zener y transistores u otros componentes. En esta tecnología encontramos Reguladores Integrados Fijos y variables, y según su conexión con la salida, se pueden conectar en serie y/o paralelo.

REGULADORES FAMILIA 78XX Y 79XX

En la mayoría de las aplicaciones se requiere una tensión fija y estable de un determinado valor. Una de las familias de reguladores ideales para este tipo de necesidades es la 78xx, de salida positiva, y ground o common a negativo, y 79xx, de salida negativa y ground positivo. El fabricante utiliza los siguientes códigos relacionados con este IC (Integrated Circuit):

Las primeras letras (LM) corresponden al código que indica el fabricante y los dos número finales (12) corresponden al voltaje de salida. Puede haber una última letra (T) que indica un código adicional referido al tipo de cápsula o case (package de aluminio, epoxy o acero) que tiene relación con la potencia y corrientes del integrado. Los voltajes de salida se encuentran en forma escalonada, aún cuando existen fabricantes que construyen modelos con otros rangos de voltajes.



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No de parte Voltaje Regulado VIN Mínimo VIN Máximo

7805 +5 7 25

7806 +6 8 25

7808 +8 10.5 25

7810 +10 12.5 28

7812 +12 14.5 30

7815 +15 17.5 30

7818 +18 21 33

7824 +24 27 38

No de parte Voltaje Regulado VIN Mínimo VIN Máximo

7905 -5 -7 -25

7906 -6 -8 -25

7908 -8 -10.5 -25

7909 -9 -11.5 -28

7912 -12 -14.5 -30

7915 -15 -17.5 -30

7918 -18 -21 -33

7924 -24 -27 -38

La conexión típica de un regulador de esta familia es la siguiente:

Como se observa, sólo fueron agregados dos capacitores al circuito integrado, C1, que se halla a la entrada del regulador, filtra la tensión de posibles transitorios y ruidos de RF (radiofrecuencia), mientras que C2, que se encuentra a la salida, disminuye la posible tensión de rizado que pudiera haber reforzando además la acción de C1. En cuanto a la tensión de entrada, se puede mencionar que puede ser de un rango muy amplio, como se aprecia. Por ejemplo, si el regulador elegido es uno de nueve volts (LM7809), la tensión de entrada podrá ser de entre 12 y 39 voltios. Un ejemplo de la aplicación de un regulador en una fuente de poder de 12 volts, es el siguiente circuito.



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En este diseño, la señal de entrada del circuito es la tensión alterna de la red eléctrica (220v ó 110v , depende del país). Posteriormente esta señal es reducida hasta un valor manejable por un transformador AC. Luego, la tensión del secundario del transformador es rectificada por el puente de Graetz de 4 diodos, obteniéndose así una señal de onda completa, la cual al aplicarse en paralelo a C1 se filtra consiguiéndose de esta forma una tensión continua no estabilizada con ripple, que es inyectada al regulador 7812.

CARACTERÍSTICAS DE LAS FUENTES CON REGULADORES INTE GRADOS

En una fuente de poder existen 2 parámetros que se deben considerar.

Regulación de línea: establece cuánto varía la tensión de salida frente a variaciones en la tensión de entrada. Es posible comprobar que para un cambio de 20 voltios a la entrada se produce una variación de sólo 4 mV a la salida, con lo cual, podemos suponer que es inmune a los cambios de tensión de entrada.

Regulación de carga: indica cuánto varía la tensión de salida cuando la corriente varía de un mínimo al máximo en la salida. Nuevamente los resultados obtenidos en estos reguladores son excelentes. Para una variación de corriente de 1,5 amperios, la tensión de salida solamente se modifica en 10 mV.

Ripple Rejection: Este valor indica cuántas veces se reduce la tensión de rizado entre la salida con respecto a la entrada. Con el capacitor de salida se obtienen valores típicos de 75 dB. Esto implica que la tensión de rizado a la salida es 5000 veces menor que a la entrada, lo cual hace que este comportamiento sea muy parecido a una pila o batería. Esta característica posibilita la disminución de la capacidad de C1, con la reducción de costo y tamaño que esto trae aparejado.

Finalmente, la corriente que este tipo de dispositivo es capaz de entregar puede se encuentra en 3 rangos, y por lo anterior se fabrican en 3 cápsulas o carcazas: 100mA, 1 A y 3 A. Es importante aclarar que estos valores son válidos cuando se utiliza un disipador adecuado y cuando la tensión de entrada no es superior en más 15 voltios con respecto a la de salida. Es decir que Vent-Vsal<15V.

Una característica importante de estos reguladores, es la protección térmica y contra corriente excesiva. Lo anterior significa que, cuando la corriente que atraviesa al integrado, entre entrada y salida, adquiere un valor demasiado elevado con el consecuente incremento de temperatura, el integrado posee sensores que logran disminuir la tensión de salida, reduciendo la potencia de todo el circuito, y evitando su deterioro. En estas condiciones el disipador térmico propio del IC, puede llegar a temperaturas sobre 100 ºC, condición que destruiría cualquier semiconductor convencional, y que sin embargo, mantiene operativo este dispositivo, protegiendo también el sistema electrónico que es alimentado por él.Debido a estas últimas características estos dispositivos son casi indestructibles, excepto cuando existe una descarga de corroiente que fluye en sentido inverso, desde la salida hacia la entrada. Esta situación se controla con diosos rectificadores ubicados en polarización inversa en el mismo regulador.

FUENTES SIMETRICAS O DUALES

Hasta ahora se han descrito los reguladores fijos cuya tensión de salida es positiva con respecto a masa. Sin embargo, también existe la serie análoga a la LM78XX, de similares características, cuyas tensiones de salida son negativas con respecto a tierra. Dicha serie es la 79XX. Las características de esta serie son similares a la anterior en lo que respecta a regulación de carga, de línea, rechazo al rizado y corriente de salida. A través de la combinación de ambas series es perfectamente factible el diseño de una fuente de tensión simétrica o dual, como la indicada en la figura, estas fuentes son típicas en mixer y etapas de audio.



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De esta forma obtenemos una fuente simétrica con las características de la anterior fuente simple. Es necesario aclarar que, aunque no es conveniente, las tensiones de salida del regulador positivo y negativo no tienen por qué ser las mismas. Sin embargo, en muchas aplicaciones es así. Revise el siguiente link de un mixer mackie, que contiene esta tecnología:

http://josecardenas.media.officelive.com/Documents/Power_Supply_Mackie_CR24.pdf

REGULADORES DE TENSIÓN VARIABLE

En ciertas ocasiones, es necesario disponer de una fuente que posea una tensión de salida regulable en rangos que no están comprendidos por los IC 78XX. La primera forma en que esto puede lograrse, es utilizando serie LM78XX, pero modificando con diodos convencionales, zener o transistores, el voltaje de salida fijo que poseen. Este diseño sirve tanto para generar una fuente regulable variable, como para una fuente fija que provea un valor de tensión no convencional.

El principio de funcionamiento de esta configuración no resulta para nada complicado. Entre sus terminales GND y OUT del regulador se desarrolla una tensión de Vxx voltios. Esta tensión aparece sobre los bornes de R1 desarrollándose así una corriente de I = Vxx/R1. Ahora bien, la tensión de salida es

V out = [ I x (R1+R2)] = (Vxx/R1) x (R1+R2) = Vxx (R2/R1+1) voltios.

Si R2 es un potenciómetro, entonces disponemos de una fuente de tensión regulable. Basta variar R2 para que la tensión de salida varíe a un valor deseado. Una vez fijado este valor, se mantiene casi constante ya que sólo depende XX (salida del regulador) que es casi constante. Si, por el contrario, R2 es un preset o una resistencia fija, La tensión de salida se mantendrá casi constante en el valor prefijado creando así una fuente de tensión de un valor no estándar. Un detalle importante a resaltar, que surge de la observación del término entre paréntesis de la expresión de salida, es que la tensión de salida mínima es la propia tensión nominal del regulador, cualquiera sea la relación R2/R1 escogida.



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REGULADOR DE TENSIÓN DE SALIDA CON DIODO

En caso de que el resistor R2 sea sustituido por un diodo, la tensión de salida aumentará de acuerdo con la tensión del diodo. Esta variación permite usar diodos rectificadores, donde la caída de tensión natural de 0,6 volts, se sumará al voltaje Vxx característico del regulador, de la misma forma con el diodo zener. De esta manera se pueden obtener tensiones de salidas en valores de voltaje muy precisos, que no estan en el rango de tensiones características de los fabricantes.

REGULADOR VARIABLE LM 317

Para las aplicaciones en las que se requiere diseñar específicamente una fuente regulable de amplio margen de salida, es altamente recomendable utilizar el popular regulador conocido como LM317. En principio sus características son similares a cualquier 78XX, es decir un regulador positivo. Sin embargo, posee una diferencia fundamental que lo hace ideal para fuentes regulable. La tensión de referencia Vxx es de sólo 1,25V, con lo ofrece la posibilidad de un amplio rango de tensiones de salida. Un diseño estimativo de una fuente variable, con las excelentes características de regulación y rechazo de rizado ya comentado, capaz de proveer una tensión de salida entre 1,25V y 25V es el siguiente:

Se observa que fueron agregados dos diodos de protección, que evitan la destrucción del integrado, cuando fluyen tensiones de salida a entrada, esto ocurre cuando los condensadores C4 y C3, además de los restantes en el circuito a alimentar, se descargan a través del integrado. En este caso los diodos D2 y D3, conducen dicha corriente directamente al transformador, sin pasar por el IC. Para obtener el rango de salida, el fabricante entrega la ecuación aproximada:

Vo = 1.25 x (R2/R1 +1) Puede complementar la aplicación de estos reguladores en el siguiente link: http://josecardenas.media.officelive.com/Documents/Power_Supply_Mackie_CR24.pdf