En este artículo aprenderemos todo sobre los
reguladores de voltaje de tres patillas, fijos, con tensiones de salida
positiva o negativa. Todo circuito electrónico contiene alguna forma de
alimentación eléctrica, y estos reguladores integrados proveen una solución
sencilla a este problema.
Ya
sea que nuestro circuito se alimente directamente de la red eléctrica de 110/220V
o que lo haga a partir de pilas o baterías, generalmente es necesario contar
con una etapa encargada de proveer un voltaje adecuado, y constante en el
tiempo.
Existen muchas maneras de lograr un voltaje estable, pero en general utilizan
varios componentes discretos, lo que redunda en un costo elevado, un diseño más
complicado, y circuitos más grandes. La alternativa es utilizar algún regulador
de tensión integrado, disponibles para casi todos los voltajes que podamos
imaginar, y para corrientes desde unas pocas centésimas de Amper hasta varios
amperes.
Dentro de los reguladores de voltaje con salida
fija, se encuentran los pertenecientes a la familia LM78xx, donde “xx” es el
voltaje de la salida. Estos son 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18 y 24V, entregando
una corriente máxima de 1 Amper y soporta consumos pico de hasta 2.2 Amperes.
Poseen protección contra sobrecargas térmicas y contra cortocircuitos, que
desconectan el regulador en caso de que su temperatura de juntura supere los 125°C.
Los LM78xx son reguladores de salida positiva, mientras que la familia LM79xx
son para voltajes equivalentes pero con salida negativa. Así, un LM7805 es
capaz de entregar 5 voltios positivos, y un LM7912 entregara 9 voltios
negativos.
La capsula que los contiene es una TO-220 , igual a la de muchos
transistores de mediana potencia. Para alcanzar la corriente máxima de 1 Amper
es necesario dotarlo de un disipador de calor adecuado, sin el solo obtendremos
una fracción de esta corriente antes de que el regulador alcance su temperatura
máxima y se desconecte.
La potencia además depende de la tensión de entrada, por ejemplo, si tenemos un
LM7812, cuya tensión de salida es de 12v, con una tensión de entrada de digamos
20v, y una carga en su salida de 0,5A, multiplicando la diferencia entre la
tensión de entrada y la tensión de salida por la corriente que circulara por la
carga nos da los vatios que va a tener que soportar el integrado:
(Vint - Vout) x Iout = (20 - 12) x 0.5 = 4W
La tensión de entrada es un factor muy importante, ya que debe ser superior en
unos 3 voltios a la tensión de salida (es el mínimo recomendado por el
fabricante), pero todo el exceso debe ser eliminado en forma de calor. Si en el
ejemplo anterior en lugar de entrar con 20 volts solo usamos 15V (los 12V de la
salida mas el margen de 3V sugerido) la potencia disipada es mucho menor:
(Vint - Vout) x Iout = (15 - 12) x 0.5 = 1.5W
De hecho, con 15v la carga del integrado es de 1,5W, menos de la mitad que con
20v, por lo que el calor generado será mucho menor y en consecuencia el
disipador necesario también menor.
En la figura 3 vemos la disposición de pines de estos reguladores. Es diferente
según se trate de un 78xx o un 79xx. En el caso de los primeros, el pin 1
corresponde a la entrada (input), el pin 2 es el punto común (common) y el pin3
es el correspondiente a la salida (output). En el caso de los reguladores
negativos, el pin 1 y el pin 2 intercambian sus funciones, siendo el primero el
correspondiente al punto común, y el segundo la entrada. Es importante recordar
esto al momento de conectarlos, ya que es posible que se destruyan si son
conectados en forma incorrecta.
El voltaje máximo que soportan en la entrada es de 35 voltios para los modelos
del LM7805 al 7815 y de 40 voltios para el LM7824.
Por ultimo, debemos mencionar que existen versiones de estos reguladores para
corrientes menores y mayores a 1 Amper. Efectivamente, los que tienen como
nombre LM78Lxx disponibles en capsula TO-92 (ver figura 4) entregan una
corriente máxima de 100 mili amperes, y proveen tenciones de salida de 3.3; 5;
6; 8; 9; 12;15; 18 y 24V. Luego del nombre llevan un sufijo, que puede ser “AC”
o “C”, que indican el error máximo en su salida, que es de +/-5% en el primer
caso y de +/-10% en el segundo. Así, un LM78L05AC es un regulador de voltaje
positivo, de salida 5 volts/100mA, con un error máximo del 5%.
En caso de necesitar manejar corrientes mayores, las versiones en capsula TO-3
(ver figura 5) soportan una corriente de salida máxima de 5 A.
Normalmente, no hacen falta adicionar demasiados
componentes a la hora de alimentar un circuito mediante uno de estos
reguladores. El fabricante provee una serie de indicaciones en sus hojas de
datos, que analizaremos a continuación.
Comenzaremos por el caso más sencillo, donde queremos obtener una tensión de
salida que coincide con alguno de los reguladores existentes, a partir de una
fuente de corriente continua perfectamente regulada, pero mayor que la deseada
en al menos 3V. Para ello, el circuito sugerido es el de la figura 6, donde
vemos que solo son necesarios un par de capacitores cerámicos, uno entre el
punto común y la entrada, y otro entre el punto común y la salida. La única
consideración es que estos condensadores deben estar situados lo mas cerca
posible (eléctricamente hablando) del regulador. Obviamente, se supone que la
tensión de entrada esta dentro del rango que puede manejar el regulador, y que
el modelo de regulador es el adecuado para la tensión que necesitamos.
En algunos casos se presenta el problema de tener que alimentar un circuito con
una tensión para la cual no hay un regulador adecuado, por ejemplo, un circuito
que se alimente con 10V. En estos casos, se puede recurrir a un esquema como el
de la figura 7, donde con la ayuda de algunos componentes adicionales, entre
ellos un potenciómetro que servirá para ajustar la tensión de salida al valor
requerido y un amplificador operacional (ver articulo sobre ellos para mas
datos) se puede transformar un regulador de tensión fija en uno variable.
Las figuras 8 y 9 nos muestran una configuración que permite aumentar
significativamente la corriente de salida, utilizando para ello un transistor
de mediana potencia. En el caso de la figura 9 se cuenta con una protección
adicional contra cortocircuitos en la salida de la fuente.
Veamos algunos circuitos reales, construidos a
partir de estos reguladores.
La figura 10 es el esquema eléctrico de una fuente de 5V a partir de la red de
220V (o 110V, simplemente cambiando el transformador). El transformador de
entrada se encarga de reducir la tensión de red a 9 voltios de corriente
alterna, que será rectificada por los cuatro diodos dispuestos en forma de
puente. A la salida del puente de diodos tendremos presente una tensión
continua algo mayor a 10 voltios, con un pequeño ripple que será eliminado por
el capacitor electrolítico C1. El resto del circuito es equivalente al de la
figura 6, tal lo propuesto en la hoja de datos del LM7805.
En el caso de la figura 11, partimos de un transformador con punto medio, capaz
de suministrar 0, 18 y 36 voltios. Al igual que en el caso anterior, mediante
un puente de diodos conformado por los diodos 1 al 4 rectificamos la corriente
entregada por el secundario del transformador, pero esta vez usamos el positivo
para obtener 15 voltios respecto del punto medio del transformador (que será
nuestro “0”)
y el negativo para obtener -15V mediante un regulador LM7915, que como vimos
antes es un regulador de voltaje negativo. Nuevamente, hay que filtrar el
ripple a la salida del puente diodos, tarea que se lleva a cabo mediante los
capacitores electrolíticos C1 y C2. A continuación, los reguladores LM7815 y
LM7915 se encargan de regular las tensiones de salida. Esta fuente es ideal
para alimentar por ejemplo circuitos que tengan amplificadores operacionales,
que como se explico en el artículo correspondiente, necesitan una alimentación
positiva y negativa.
No debe faltar en nuestro taller de electrónica
un buen surtido de estos circuitos integrados estabilizadores de tensión, ya
que muy frecuentemente los utilizaremos para alimentar nuestros proyectos. Como
vimos, son muy sencillos de utilizar, simplemente debemos recordar la función
de cada uno de sus pines, que difieren en los de salida positiva y salida
negativa.
Debemos mencionar que existen reguladores cuya salida no es fija, si no que se
puede ajustar fácilmente mediante una resistencia variable, como es el caso del
LM317, que serán analizados a fondo en otros artículos.
