¿Qué es un Regulador Lineal IC?
Los reguladores lineales con circuitos integrados (también llamados IC o CI) son componentes electrónicos que emiten una tensión estable.
Para una tensión de entrada, se emite una tensión constante desde la terminal de salida utilizando una caída de tensión a través de una resistencia o elemento semiconductor. Si la tensión de salida es pequeña en relación con la tensión de entrada, la pérdida por diferencia de tensión es grande, por lo que los CI reguladores lineales se utilizan como fuentes de alimentación para circuitos y sensores que funcionan a baja potencia.
Entre los CI reguladores lineales, los que tienen elementos de resistencia variable activa utilizando elementos semiconductores conectados en serie son reguladores en serie, mientras que los conectados en paralelo son reguladores en derivación.
Usos de los Reguladores Lineales CI
Los reguladores lineales CI se utilizan como componentes de alimentación en equipos electrónicos e instrumentos de precisión que funcionan con baja potencia. Se caracterizan por la sencillez de sus circuitos, su bajo precio, la excelente estabilidad de la tensión suministrada y su bajo nivel de ruido.
Entre los CI reguladores lineales, los reguladores en serie generan calor cuando se produce una caída de tensión con un elemento de resistencia variable activo, por lo que no debe superarse la temperatura máxima absoluta de funcionamiento del CI. Si el circuito integrado regulador genera mucho calor, deben tomarse medidas, como la instalación de un disipador de calor externo, en caso necesario.
Principios de los Reguladores Lineales CI
Los circuitos integrados reguladores lineales son uno de los reguladores de 3 terminales más comunes. Los reguladores de 3 terminales tienen tres terminales: terminal de entrada, terminal de salida y tierra.
Una fuente de alimentación se conecta al terminal de entrada, un condensador de entrada se conecta entre el terminal de entrada y tierra, y un condensador de salida también se conecta entre el terminal de salida y la subvención, de modo que un voltaje constante se emite desde el terminal de salida.
El interior de un CI regulador lineal consta de un circuito de control que comprende elementos activos de resistencia variable mediante transistores o FET y una fuente de tensión de referencia. El circuito de control mide la tensión que pasa a través del elemento de resistencia variable activa, realiza un control de realimentación y controla el valor de resistencia del elemento de resistencia variable activa, controlando así la magnitud de la salida de tensión del terminal de salida a un valor constante.
Dado que los elementos de resistencia variable activa generan una caída de tensión por encima de una determinada tensión, se requiere una tensión de entrada que supere la diferencia mínima entre la tensión de entrada y la tensión de salida, denominada tensión de caída, para que la salida de una fuente de alimentación sea estable. Por lo general, esta tensión es de aproximadamente 1,5 V. Sin embargo, el circuito integrado debe seleccionarse teniendo en cuenta la tensión de entrada mínima.
Más Información sobre los Reguladores Lineales CI
1. Precauciones en el Uso de Reguladores Terminales
Disipación de Calor de los Reguladores de 3 Terminales
Un regulador de 3 terminales obtiene una tensión de salida estable a partir de una tensión de entrada inestable utilizando elementos activos de resistencia variable como transistores y FET, pero el producto de la diferencia de tensión entre los terminales de entrada y salida y la corriente que fluye desde el terminal de salida (corriente de salida) se convierte en calor dentro del regulador, que consume energía. Por lo tanto, cuanto mayor sea la diferencia entre la tensión de entrada y la tensión de salida, y cuanto mayor sea la corriente de salida, más calor se genera.
Por lo tanto, el diseño de la disipación de calor es un factor importante cuando se utilizan reguladores de 3 terminales. Para garantizar una disipación de calor eficiente, se debe diseñar y montar un disipador de calor adecuado en el regulador de 3 terminales.
Diseño de la Placa de los Reguladores de 3 Terminales
Los reguladores de 3 terminales funcionan realimentando la tensión de salida para garantizar una tensión de salida estable en todo momento. Por lo tanto, los condensadores conectados entre el terminal de entrada y GND y entre el terminal de salida y GND son muy importantes, en particular, si el condensador del terminal de salida no es adecuado, la tensión de salida puede transmitirse.
En general, debe seleccionarse el condensador recomendado por el fabricante del regulador de 3 terminales, pero incluso en este caso, el condensador debe colocarse lo más cerca posible del regulador de 3 terminales y el patrón de la placa entre el regulador de 3 terminales y el condensador debe diseñarse para que sea corto.
Protección de los Reguladores de 3 Terminales
Si se espera que se aplique algún voltaje anormal a la entrada o salida, se requiere un circuito para proteger el regulador de 3 terminales. Si existe el riesgo de que se aplique una alta tensión instantánea al lado de entrada, añada una resistencia de amortiguación o un diodo zener a la entrada para bloquear esa alta tensión.
También es necesario tomar medidas si la tensión de entrada puede caer por debajo de la tensión de salida. Si por alguna razón la tensión de entrada cae significativamente, se debe conectar un condensador con una gran capacitancia a los terminales de salida para mantener una tensión de salida constante. Como corolario, la tensión de los terminales de salida puede ser temporalmente superior a la tensión de los terminales de entrada cuando se desconecta la fuente de alimentación.
En los circuitos que combinan varias fuentes de alimentación, también existe la posibilidad de que la tensión de salida sea superior a la de entrada debido a la circulación de otras fuentes de alimentación. Como contramedida, se puede acoplar un diodo de protección (lado de entrada conectado al cátodo y lado de salida conectado al ánodo) para que la corriente fluya del terminal de salida al terminal de entrada.
2 Características de los Reguladores tipo LDO
Los reguladores de terminal se clasifican como “tipo estándar” o “tipo LDO” según la magnitud de la tensión de salida (la cantidad en que la tensión de salida cae en relación con la tensión de entrada).
La tensión de salida del tipo estándar es de aproximadamente 3,0 V, mientras que el tipo LDO se caracteriza por una tensión de salida inferior a 1,0 V, menor que la del tipo estándar. LDO es la abreviatura de Low Drop Out (baja caída). Cuando la combinación de 12 V de tensión de entrada y 5 V de tensión de salida era habitual, se utilizaban mucho los reguladores de 3 terminales para convertir 12 V en 5 V. En este caso, se podían utilizar sin problemas reguladores estándar con una tensión de caída de unos 3 V.
Sin embargo, cuando los circuitos integrados digitales de 3,3 V se generalizaron y la tensión de entrada pasó a ser de 5 V y la de salida de 3,3 V, se hizo imprescindible utilizar un regulador LDO para convertir 5 V a 3,3 V en la placa. El circuito de salida de tipo estándar que utiliza transistores bipolares consta de dos transistores NPN con conexiones Darlington, mientras que el circuito de salida de tipo LDO utiliza un único transistor PNP. Esto permite el funcionamiento con tensiones de salida pequeñas.
Sin embargo, las características de realimentación negativa también han cambiado y el tipo LDO tiene un rango de funcionamiento estable más estrecho y es más propenso a la oscilación que el tipo estándar. Las características de capacitancia y ESR (resistencia en serie equivalente) de los condensadores conectados a los terminales de salida son, por tanto, factores extremadamente importantes para el tipo LDO.