Fontes e reguladores
O regulador rastreador de ±15 V e 1 A da folha de dados TI LM79xx: um LM7915 ajustado para exatamente −15 V e um LM7815 cujo pino de terra é controlado por um amplificador operacional LM307, de modo que o trilho positivo espelha o negativo.
Visão geral do circuito
Clique em qualquer componente no esquema para ver seus parâmetros elétricos e função no circuito.
Esta é a figura 8 da folha de dados LM79XX da Texas Instruments (SNOSBQ7C), uma fonte simétrica para circuitos com amplificadores operacionais e de áudio que precisam de trilhos positivo e negativo iguais. Dois reguladores fixos geram os trilhos: um LM7915 para −15 V e um LM7815 para +15 V (a TI o desenha como LM340T-15, que a folha de dados do LM340 especifica junto com o LM7815). Sozinhos, os dois trilhos poderiam diferir em até 1,2 V, porque cada regulador só garante 4% (de 14,4 V a 15,6 V). O circuito elimina essa diferença em dois passos: um trimpot ajusta a saída negativa em exatamente −15,0 V, e um amplificador operacional desloca o pino GND do regulador positivo até que um divisor de resistores de 1% entre os trilhos marque 0 V, o que obriga o trilho positivo a ter o mesmo módulo. Os diodos de proteção impedem que qualquer saída vá para a polaridade oposta. As entradas não reguladas ±VIN vêm de um retificador e filtro separados (a TI mediu o ripple com capacitores de entrada de 3000 µF); elas não estão desenhadas.
| Tensão de saída regulada | +15 V e −15 V com rastreamento; até 1 A (figura 8 da TI) |
|---|---|
| Regulação de carga com ΔIL = 1 A | 40 mV (−15 V), 2 mV (+15 V) (tabela da figura 8 da TI) |
| Ripple de saída | 100 µVrms com CIN = 3000 µF, IL = 1 A (tabela da figura 8 da TI) |
| Ruído de saída | 150 µVrms, 10 Hz ≤ f ≤ 10 kHz (tabela da figura 8 da TI) |
| Estabilidade térmica | 50 mV (tabela da figura 8 da TI) |
| Faixa de tensão de entrada | +VIN de 17,7 V a 35 V (LM7815, TI SNOSBT0L); −VIN de −17,5 V a −35 V (LM7915, TI SNOSBQ7C) |
| Faixa de ajuste da saída | ≈ ±0,7 V (calculado a partir de R1, R2 e dos trilhos de ±15 V) |
| Igualdade entre trilhos | Definida pela tolerância de R4 e R5 (1% no esquema) |
U1 (LM7815) reduz +VIN para +15 V e U2 (LM7915) regula −VIN em −15 V. COMMON é o ponto de 0 V entre os trilhos, compartilhado com a carga. Cada regulador mantém sua saída a 15 V fixos do próprio pino GND, e neste circuito nenhum dos pinos GND está ligado diretamente ao COMMON: é isso que permite ajustar as duas saídas.
O pino GND de U2 fica sobre R1 (50 Ω) até o COMMON. R3 está ligado entre as duas saídas e seu cursor injeta corrente através de R2 (1 kΩ) em R1, subindo ou descendo o pino GND e, com ele, a saída de −15 V. Com o cursor em qualquer uma das extremidades, o deslocamento é de aproximadamente:
ΔVGND ≈ ± VW (R1) / (R1 + R2) = ± 15 V × (50\,Ω) / (1050\,Ω) ≈ ± 0.71 VA própria corrente do pino GND do regulador, 1,5 mA típicos, também passa por R1 e acrescenta cerca de 75 mV; o ajuste também compensa isso. R3 é ajustado para obter exatamente −15,0 V na saída.
R4 e R5, ambos de 10 kΩ 1%, formam um divisor entre +15 V e −15 V. O LM307 compara seu ponto médio (pino 2) com o COMMON (pino 3) e controla o pino GND de U1 pelo pino 6. Se o trilho positivo estiver alto demais, o ponto médio sobe acima de 0 V, a saída do amplificador operacional cai e puxa U1 para baixo na mesma medida. A malha se estabiliza quando o ponto médio está em 0 V:
V+ = -V- × (R4) / (R5)Com R4 = R5, a saída positiva é igual ao módulo da negativa, então ajustar R3 define os dois trilhos. A TI observa que a tolerância de R4 e R5 determina o quanto as saídas coincidem. A saída do amplificador só se desloca pela diferença entre a tensão própria do LM7815, de 14,4 V a 15,6 V, e o valor desejado, e precisa absorver a corrente quiescente de U1, até 8 mA.
C1 e C2 (25 µF cada) ficam nas saídas. A TI exige um capacitor de saída no LM79xx para estabilidade: 1 µF de tântalo sólido ou 25 µF eletrolítico de alumínio. D1 e D2 (1N4001) ficam reversamente polarizados em operação normal; a TI os desenha sem descrever sua função. Se uma saída for puxada além do COMMON em direção à polaridade oposta, por exemplo quando um regulador parte antes do outro com uma carga ligada entre os trilhos, o diodo conduz e limita a tensão reversa sobre esse regulador a cerca de uma queda de diodo.
PD = (VIN - VOUT) × IOUT = (20 V - 15 V) × 1 A = 5 WNesse nível os dois reguladores precisam de dissipador.
O amplificador operacional mantém o ponto médio de R4/R5 em 0 V, então o trilho positivo é definido pelo negativo e pela relação dos resistores.
| Símbolo | Parâmetro | Valor típico |
|---|---|---|
| R4 | Resistor superior do divisor | 10kΩ |
| R5 | Resistor inferior do divisor | 10kΩ |
| V − | Saída negativa | -15V |
| V + | Saída positiva | 15V |
Deslocamento do pino de terra de U2 e, portanto, da saída de −15 V, com o cursor de R3 em qualquer extremidade. A corrente própria do pino de terra do regulador é desprezada.
| Símbolo | Parâmetro | Valor típico |
|---|---|---|
| VW | Tensão do cursor no fim do curso | 15V |
| R1 | Resistor de referência do ajuste | 50Ω |
| R2 | Resistor de injeção do ajuste | 1000Ω |
| Δ VGND | Faixa de ajuste (calculada) | 0.71V |
Calor em cada regulador; a entrada de 20 V é um valor de exemplo.
| Símbolo | Parâmetro | Valor típico |
|---|---|---|
| VIN | Módulo da tensão de entrada (exemplo) | 20V |
| VOUT | Módulo da tensão de saída | 15V |
| IOUT | Corrente de carga | 1A |
| PD | Dissipação (calculada) | 5W |
Todas as peças necessárias para montar este circuito. Selecione uma referência para inspecioná-la no esquema.
| Ref. | Componente | Valor | Encapsulamento | Função no circuito | Referência |
|---|---|---|---|---|---|
| Regulador de tensão positiva LM340T-15 na figura 8 da TI. Mesma folha de dados da TI (SNOSBT0L) do LM7805. | LM7815 | TO-220 | Regulador de +15 V | — | |
| Regulador de tensão negativa LM7915CT na figura 8 da TI. | LM7915 | TO-220 | Regulador de −15 V | — | |
| Amplificador operacional | LM307 | DIP-8 | Amplificador de rastreamento | — | |
| Resistor fixo | 50Ω | Axial / 0805 | Referência do ajuste | — | |
| Resistor fixo | 1kΩ | Axial / 0805 | Injeção do ajuste | — | |
| Trimpot | 5kΩ | Trimmer | Ajuste da saída para −15,0 V | — | |
| Resistor de precisão | 10kΩ 1% | Axial / 0805 | Divisor de rastreamento | — | |
| Resistor de precisão | 10kΩ 1% | Axial / 0805 | Divisor de rastreamento | — | |
| Capacitor eletrolítico de alumínio O valor comercial mais próximo é 22 µF. Tensão nominal acima de 15 V. | 25µF | Radial | Saída de +15 V | — | |
| Capacitor eletrolítico de alumínio + no COMMON. Necessário para a estabilidade do LM79xx. | 25µF | Radial | Saída de −15 V | — | |
| Capacitor eletrolítico de alumínio Só se os capacitores de filtro estiverem a mais de 3 polegadas. Tensão nominal acima de +VIN. | 25µF | Radial | Desacoplamento de +VIN | — | |
| Capacitor eletrolítico de alumínio + no COMMON. Só se os capacitores de filtro estiverem a mais de 3 polegadas. | 25µF | Radial | Desacoplamento de −VIN | — | |
| Diodo retificador Um 1N4007 funciona da mesma forma; só tem tensão reversa nominal maior. | 1N4001 | DO-41 | Proteção de +15 V | Diodo retificador: pinagem e folha de dados | |
| Diodo retificador Um 1N4007 funciona da mesma forma; só tem tensão reversa nominal maior. | 1N4001 | DO-41 | Proteção de −15 V | Diodo retificador: pinagem e folha de dados |
Armadilhas encontradas em montagens reais, com a solução de cada uma.
Nenhuma aba está no COMMON. A aba do LM7915 é a sua entrada, −VIN, e a do LM7815 é o seu pino GND, que neste circuito é a saída do amplificador operacional. Parafusar os dois em um mesmo dissipador metálico ou em um chassi aterrado sem isolamento coloca −VIN, a saída do amplificador e o COMMON em curto.
Isole cada regulador com uma lâmina de mica ou silicone e uma bucha isolante, ou dê a cada um seu próprio dissipador isolado.
No TO-220 os pinos do LM7815 são INPUT, GND, OUTPUT, mas os do LM7915 são GND, INPUT, OUTPUT. Copiar o layout do regulador positivo para o negativo troca sua entrada e seu terra.
Confira cada peça com o diagrama de ligação da própria folha de dados antes de soldar (TI SNOSBT0L §5, TI SNOSBQ7C figura 1).
Cada regulador dissipa (VIN − VOUT) · IOUT, cerca de 5 W a 1 A partindo de 20 V. Sem dissipador o regulador esquenta até que sua proteção térmica reduza a saída.
Mantenha a margem de entrada pequena, mas acima do mínimo, e dimensione o dissipador para a corrente de carga real.
O trilho positivo copia o negativo através de R4 e R5. Uma diferença de 1% entre eles gera cerca de 1% de diferença entre os módulos dos trilhos.
Use resistores de 1% ou melhores em R4 e R5, ou pares casados quando os trilhos precisarem coincidir com precisão.
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Fonte nominal de 9 V para 5 V com ST L7805CV, capacitores de desacoplamento de entrada/saída, diodo de descarga e indicador LED. Inclui especificações condicionais e cálculos térmicos.
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