Fuentes y reguladores
El regulador de seguimiento de ±15 V y 1 A de la hoja de datos TI LM79xx: un LM7915 ajustado a exactamente −15 V y un LM7815 cuyo pin de masa controla un amplificador operacional LM307, de modo que el carril positivo replica al negativo.
Resumen del circuito
Haz clic en cualquier componente del esquema para ver sus especificaciones eléctricas y función.
Es la figura 8 de la hoja de datos LM79XX de Texas Instruments (SNOSBQ7C), una fuente simétrica para circuitos con amplificadores operacionales y de audio que necesitan carriles positivo y negativo iguales. Dos reguladores fijos generan los carriles: un LM7915 para −15 V y un LM7815 para +15 V (TI lo dibuja como LM340T-15, que la hoja de datos del LM340 especifica junto con el LM7815). Por sí solos los dos carriles podrían diferir hasta 1,2 V, porque cada regulador solo garantiza un 4% (de 14,4 V a 15,6 V). El circuito elimina esa diferencia en dos pasos: un trimmer fija la salida negativa en exactamente −15,0 V, y un amplificador operacional desplaza el pin GND del regulador positivo hasta que un divisor de resistencias al 1% entre los carriles marca 0 V, lo que obliga al carril positivo a tener la misma magnitud. Los diodos de protección impiden que cualquiera de las salidas pase a la polaridad contraria. Las entradas sin regular ±VIN provienen de un rectificador y un filtro aparte (TI midió el rizado con condensadores de entrada de 3000 µF); no se dibujan.
| Tensión de salida regulada | +15 V y −15 V con seguimiento; hasta 1 A (figura 8 de TI) |
|---|---|
| Regulación de carga con ΔIL = 1 A | 40 mV (−15 V), 2 mV (+15 V) (tabla de la figura 8 de TI) |
| Rizado de salida | 100 µVrms con CIN = 3000 µF, IL = 1 A (tabla de la figura 8 de TI) |
| Ruido de salida | 150 µVrms, 10 Hz ≤ f ≤ 10 kHz (tabla de la figura 8 de TI) |
| Estabilidad térmica | 50 mV (tabla de la figura 8 de TI) |
| Rango de tensión de entrada | +VIN de 17,7 V a 35 V (LM7815, TI SNOSBT0L); −VIN de −17,5 V a −35 V (LM7915, TI SNOSBQ7C) |
| Rango de ajuste de salida | ≈ ±0,7 V (calculado a partir de R1, R2 y los carriles de ±15 V) |
| Igualdad entre carriles | Determinada por la tolerancia de R4 y R5 (1% en el esquema) |
U1 (LM7815) reduce +VIN a +15 V y U2 (LM7915) regula −VIN a −15 V. COMMON es el punto de 0 V entre los carriles, compartido con la carga. Cada regulador mantiene su salida a 15 V fijos de su propio pin GND, y en este circuito ninguno de los pines GND está unido directamente a COMMON: eso es lo que permite ajustar ambas salidas.
El pin GND de U2 está sobre R1 (50 Ω) a COMMON. R3 está conectado entre las dos salidas y su cursor inyecta corriente a través de R2 (1 kΩ) en R1, subiendo o bajando el pin GND y con él la salida de −15 V. Con el cursor en cualquiera de los extremos, el desplazamiento es de aproximadamente:
ΔVGND ≈ ± VW (R1) / (R1 + R2) = ± 15 V × (50\,Ω) / (1050\,Ω) ≈ ± 0.71 VLa propia corriente del pin GND del regulador, 1,5 mA típicos, también circula por R1 y añade unos 75 mV; el ajuste también lo compensa. R3 se ajusta para tener exactamente −15,0 V en la salida.
R4 y R5, ambas de 10 kΩ 1%, forman un divisor entre +15 V y −15 V. El LM307 compara su punto medio (pin 2) con COMMON (pin 3) y controla el pin GND de U1 desde el pin 6. Si el carril positivo está demasiado alto, el punto medio sube por encima de 0 V, la salida del amplificador operacional baja y hace bajar U1 en la misma cantidad. El lazo se estabiliza cuando el punto medio está a 0 V:
V+ = -V- × (R4) / (R5)Con R4 = R5 la salida positiva es igual a la magnitud de la negativa, así que ajustar R3 fija ambos carriles. TI indica que la tolerancia de R4 y R5 determina lo bien que coinciden las salidas. La salida del amplificador solo se desplaza la diferencia entre la tensión propia del LM7815, de 14,4 V a 15,6 V, y el objetivo, y debe absorber la corriente de reposo de U1, hasta 8 mA.
C1 y C2 (25 µF cada uno) están en las salidas. TI exige un condensador de salida en el LM79xx para la estabilidad: 1 µF de tántalo sólido o 25 µF electrolítico de aluminio. D1 y D2 (1N4001) están polarizados en inversa en funcionamiento normal; TI los dibuja sin describir su función. Si una salida es arrastrada más allá de COMMON hacia la polaridad contraria, por ejemplo cuando un regulador arranca antes que el otro con una carga conectada entre los carriles, el diodo conduce y limita la tensión inversa sobre ese regulador a aproximadamente una caída de diodo.
PD = (VIN - VOUT) × IOUT = (20 V - 15 V) × 1 A = 5 WA ese nivel ambos reguladores necesitan disipador.
El amplificador operacional mantiene el punto medio de R4/R5 en 0 V, así que el carril positivo queda fijado por el negativo y la relación de resistencias.
| Símbolo | Parámetro | Valor típico |
|---|---|---|
| R4 | Resistencia superior del divisor | 10kΩ |
| R5 | Resistencia inferior del divisor | 10kΩ |
| V − | Salida negativa | -15V |
| V + | Salida positiva | 15V |
Desplazamiento del pin de masa de U2, y por tanto de la salida de −15 V, con el cursor de R3 en cualquiera de los extremos. Se desprecia la corriente propia del pin de masa del regulador.
| Símbolo | Parámetro | Valor típico |
|---|---|---|
| VW | Tensión del cursor al final del recorrido | 15V |
| R1 | Resistencia de referencia del ajuste | 50Ω |
| R2 | Resistencia de inyección del ajuste | 1000Ω |
| Δ VGND | Rango de ajuste (calculado) | 0.71V |
Calor en cada regulador; la entrada de 20 V es un valor de ejemplo.
| Símbolo | Parámetro | Valor típico |
|---|---|---|
| VIN | Magnitud de la tensión de entrada (ejemplo) | 20V |
| VOUT | Magnitud de la tensión de salida | 15V |
| IOUT | Corriente de carga | 1A |
| PD | Disipación (calculada) | 5W |
Todas las piezas necesarias para montar este circuito. Selecciona una referencia para inspeccionarla en el esquema.
| Ref. | Componente | Valor | Encapsulado | Función en el circuito | Referencia |
|---|---|---|---|---|---|
| Regulador de tensión positiva LM340T-15 en la figura 8 de TI. Misma hoja de datos de TI (SNOSBT0L) que el LM7805. | LM7815 | TO-220 | Regulador de +15 V | — | |
| Regulador de tensión negativa LM7915CT en la figura 8 de TI. | LM7915 | TO-220 | Regulador de −15 V | — | |
| Amplificador operacional | LM307 | DIP-8 | Amplificador de seguimiento | — | |
| Resistencia | 50Ω | Axial / 0805 | Referencia del ajuste | — | |
| Resistencia | 1kΩ | Axial / 0805 | Inyección del ajuste | — | |
| Potenciómetro de ajuste | 5kΩ | Trimmer | Ajuste de la salida a −15,0 V | — | |
| Resistencia de precisión | 10kΩ 1% | Axial / 0805 | Divisor de seguimiento | — | |
| Resistencia de precisión | 10kΩ 1% | Axial / 0805 | Divisor de seguimiento | — | |
| Condensador electrolítico de aluminio El valor comercial más cercano es 22 µF. Tensión nominal superior a 15 V. | 25µF | Radial | Salida de +15 V | — | |
| Condensador electrolítico de aluminio + a COMMON. Necesario para la estabilidad del LM79xx. | 25µF | Radial | Salida de −15 V | — | |
| Condensador electrolítico de aluminio Solo si los condensadores de filtro están a más de 3 pulgadas. Tensión nominal superior a +VIN. | 25µF | Radial | Desacoplo de +VIN | — | |
| Condensador electrolítico de aluminio + a COMMON. Solo si los condensadores de filtro están a más de 3 pulgadas. | 25µF | Radial | Desacoplo de −VIN | — | |
| Diodo rectificador Un 1N4007 funciona igual; solo tiene mayor tensión inversa nominal. | 1N4001 | DO-41 | Protección de +15 V | Diodo rectificador: pinout y hoja de datos | |
| Diodo rectificador Un 1N4007 funciona igual; solo tiene mayor tensión inversa nominal. | 1N4001 | DO-41 | Protección de −15 V | Diodo rectificador: pinout y hoja de datos |
Trampas encontradas en montajes reales, con la solución de cada una.
Ninguna lengüeta está en COMMON. La lengüeta del LM7915 es su entrada, −VIN, y la del LM7815 es su pin GND, que en este circuito es la salida del amplificador operacional. Atornillar ambos a un mismo disipador metálico o a un chasis a masa sin aislamiento cortocircuita −VIN, la salida del amplificador y COMMON.
Aísle cada regulador con una lámina de mica o silicona y un casquillo aislante, o dé a cada uno su propio disipador aislado.
En TO-220 los pines del LM7815 son INPUT, GND, OUTPUT, pero los del LM7915 son GND, INPUT, OUTPUT. Copiar la disposición del regulador positivo para el negativo intercambia su entrada y su masa.
Compruebe cada pieza con el diagrama de conexiones de su propia hoja de datos antes de soldar (TI SNOSBT0L §5, TI SNOSBQ7C figura 1).
Cada regulador disipa (VIN − VOUT) · IOUT, unos 5 W a 1 A desde 20 V. Sin disipador el regulador se calienta hasta que su protección térmica reduce la salida.
Mantenga el margen de entrada pequeño pero por encima del mínimo y dimensione el disipador para la corriente de carga real.
El carril positivo copia al negativo a través de R4 y R5. Una diferencia del 1% entre ellas da alrededor de un 1% de diferencia entre las magnitudes de los carriles.
Use resistencias del 1% o mejores para R4 y R5, o parejas emparejadas cuando los carriles deban coincidir con precisión.
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