Reguladores de tensión con componentes discretos
mayo 16, 2020Los reguladores de tensión está constituido por una serie de bloques funcionales con componentes discretos que permiten estabilizar la tensión de salida. La figura 11.2 muestra el diagrama de bloques de este circuito formado por los siguiente; referencia de tensión, circuito de muestreo, amplificador de error y elemento de control.
Una variación de la tensión de salida (Vo) es detectada por el amplificador de error al comparar la referencia de tensión y el circuito de muestreo. Este amplificador opera sobre el elemento control en serie para restaurar la Vo .
Referencias de Reguladores de tensión con componentes discretos
Una referencia de tensión constituye una parte fundamental de los reguladores de tensión al proporcionar una tensión de continua; muy precisa y estable con la temperatura y con el tiempo.
Los requerimientos típicos de estabilidad térmica son del orden de 100ppm/°C o mejor. Para minimizar los errores debidos al autocalentamiento, las referencias de tensión proporcionan una corriente de salida moderada, típicamente en el rango de unos pocos mA.
Las técnicas de compensación aplicadas a las referencias semiconductoras permiten conseguir coeficientes de temperatura de 1 ppm/°C o menores. Estas técnicas se utilizan también en el diseño de transductores de temperatura.
Las referencias de tensión están basados en diodos Zener y transistores bipolares o de salto de banda («bandgap»).
Un diodo Zener es el dispositivo más barato y simple para obtener una tensión de referencia más o menos estable. Sin embargo, hay que adaptarse a los valores de tensiones Zener presentes en el mercado (5.6 V; 6.2V, 6.8 V,…), presenta fuerte deriva térmica y el ruido, especialmente ruido de avalancha, es muy elevado.
Además las limitaciones del diodo Zener se resuelven en parte con la ayuda de un Amplificador Operacional (OA) resultando un circuito con características de autorregulación. En la figura 11.2, la configuración no-inversora del OA 741 permite ajustar la tensión de salida variando R 2 .
Basado en esta estructura ya comentada; el circuito monolítico REF102 (figura 11.3.a) de Burr-Brown es un ejemplo típico de un referencia de tensión de 10V compensado térmicamente que utiliza un diodo Zener de VZ =8.2V. La corriente máxima de salida es de 10 mA. Además la tensión de salida viene definida por la siguiente ecuación:
Una aplicación típica de este circuito se presenta en la figura 11.3.b. Una vez ajustado la tensión de salida a 10V a través de la resistencia RS =1MΩ conectado al terminal 5 (VTRIM ) y el potenciómetro de 20kΩ; además su compensación térmica asegura una variación máxima de 0.7mV en la tensión de salida para una variación de 0o a 70o de temperatura.
Otros ejemplos de circuitos
Otros ejemplos de circuitos referencia de tensión monolíticos compensados térmicamente son el LM329 (National Semiconductor); el LM3999 de 6.95 V (National Semiconductor) y el LTZ100 (Linear Technology). Los referencia de tensión basados en diodos Zener tienen valores a partir de 6 a 7 V que requieren en los referencias de tensión monolíticos tensiones de alimentación de al menos 10 V.
Lo anterior puede ser un inconveniente en sistemas alimentados con tensiones más bajas, tales como 5V. Este problema se soluciona utilizando las referencias de tensión «bandgap». Las referencias de tensión «bandgap» operan compensando el coeficiente de temperatura negativo de una tensión base–emisor; VBE , con el coeficiente de temperatura positivo de la tensión
térmica VT .
La empresa Analog Devices desarrolló una configuración “bandgap” constituida por dos transistores de diferente área muy estable con la temperatura; que además utiliza dos transistores de áreas de emisor distintas. En la figura 11.4 se presenta el esquema de este circuito. Q1 tiene un área de emisor n veces mayor que la de Q2 de forma que IS1 =nIS2 . La tensión de salida VREF es:
En la figura 11.5 se presenta el diagrama circuital de un referencia de tensión LM385 (National Semiconductor) de 2.5V para aplicaciones de micropotencia que utiliza la configuración “band-gap”. La corriente de polarización varía de 20μA a 20mA y su resistencia dinámica es de 0.4Ω. Otros referencias de tensión son el D580/581/584 de Analog Devices, el MC1403/04 de Motorola y REF-01/-02/-05/-10 de Precision Monolithics.
