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
O tipo de regulador de tensão mais acessível e geralmente mais fácil de usar são os reguladores de tensão linear. Os reguladores lineares são compactos e frequentemente usados em sistemas de baixa tensão e baixa potência. Os reguladores de chaveamento são mais eficientes do 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 do 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 de 3 pinos padrão, como o LM7805, que fornece uma saída de 5 volts e 1 ampere com uma tensão de entrada de 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 feedback, 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 uma saída estável de 5 volts, é necessária pelo menos uma entrada de 7 volts. Esta 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 ampere (queda de tensão de 2 volts vezes 1 ampere). 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 ampere 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 baixa potência, onde a diferença de tensão entre a entrada e a saída é baixa e não é necessária muita potência. A maior desvantagem dos reguladores lineares é que eles são ineficientes, que é onde reguladores de comutação entram em jogo. Quando uma alta eficiência é necessária ou uma ampla faixa de tensão de entrada é esperada, um regulador de chaveamento torna-se a melhor opção. Os reguladores de tensão de comutação têm eficiências de energia de 85% ou melhor em comparação com as eficiências do regulador 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 chaveamento do que os reguladores lineares. Também existem desafios de projeto ao usar reguladores de chaveamento de forma eficaz, sem comprometer o desempenho do circuito resultante do ruído eletrônico que o regulador gera.
Diodos Zener
Uma das maneiras mais simples de regular a tensão é com um diodo Zener. Embora os reguladores lineares geralmente tenham um design básico, 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 aterramento, ele pode ser usado como um regulador de tensão simples com a tensão de saída puxada pelos cabos do diodo Zener. No entanto, os Zeners geralmente têm capacidade limitada de controlar a energia, o que os limita apenas a aplicativos de baixa energia. Ao usar diodos Zener dessa maneira, é melhor limitar a potência disponível que pode fluir através do Zener selecionando estrategicamente um resistor de tamanho adequado.
