Fontes e reguladores
Circuito regulador shunt de tensão programável de precisão Texas Instruments TL431 produzindo 5.0 V nominais a partir de 10 V com resistor de 470 Ω e divisor 10 kΩ / 10 kΩ.
Visão geral do circuito
Clique em qualquer componente no esquema para ver seus parâmetros elétricos e função no circuito.
Este circuito implementa o clássico regulador shunt programável da folha de dados Texas Instruments SLVS543S figura 9-3. O TL431 opera como uma referência shunt de precisão mantendo 2.495 V no terminal REF por meio de uma referência bandgap interna e um amplificador de erro operacional acionando um transistor NPN Darlington de coletor aberto. Um divisor resistivo de precisão (R1 e R2) define a tensão nominal de saída em 5.01 V (cerca de 5.0 V). O resistor em série R3 (470 Ω) reduz a tensão da entrada de 10 V, fornecendo aproximadamente 10.4 mA de corrente de polarização de catodo para garantir operação acima da exigência mínima de 1.0 mA (Imin). O capacitor de entrada C1 (100 nF) desacopla transitórios da fonte. A estabilidade exige respeitar os limites de carga capacitiva (TI fig. 8-16), evitando cargas diretas na faixa proibida de 10 nF a 3 µF.
| Tensão de alimentação nominal | 10 V nominal (opera de 8 V a 15 V com dimensionamento adequado de R3) |
|---|---|
| Tensão regulada de saída | ≈ 5.01 V cálculo nominal (2.495 V * 2 + 2 µA * 10 kΩ) |
| Tensão de referência (Vref) | 2.495 V nominal; de 2.440 V a 2.550 V classe padrão (TI SLVS543S §6.5) |
| Corrente de catodo (IK) | ≈ 10.4 mA nominal sem carga (faixa de operação segura: 1.0 mA a 100 mA) |
| Corrente do divisor de realimentação | ≈ 250 µA (cálculo Vref / R2 = 2.495 V / 10 kΩ) |
| Resistor de lastro em série (R3) | 470 Ω, 1%, 0.25 W (dissipação nominal ≈ 53 mW) |
| Impedância dinâmica (|ZKA|) | 0.2 Ω típico, 0.5 Ω máximo (f < 1 kHz) |
Uma fonte CC nominal de 10 V (não regulada ou pré-regulada) é conectada ao conector de entrada P1. O capacitor cerâmico C1 (100 nF, 50 V) fornece desacoplamento de alta frequência diretamente na entrada para suprimir ruídos e ondulações do barramento.
O resistor R3 (470 Ω, 1%, 1/4 W) situa-se entre a entrada de 10 V e o nó regulado do catodo em 5.0 V. Com queda de 5.0 V em R3, a corrente total fornecida é I_RS = (10 V - 5.0 V) / 470 Ω ≈ 10.64 mA. Esta corrente divide-se entre o divisor de realimentação (≈ 0.25 mA), o catodo do TL431 (≈ 10.39 mA) e a carga externa ligada em P2.
O amplificador de erro interno compara a tensão no pino 1 (REF) com a referência interna compensada em temperatura de 2.495 V bandgap. A tensão de saída é programada por R1 e R2 de acordo com V_O = V_ref * (1 + R1/R2) + I_ref * R1. Com R1 = 10 kΩ, R2 = 10 kΩ e I_ref ≈ 2 µA, a saída nominal é 2.495 V * 2 + 20 mV = 5.01 V ≈ 5.0 V.
Se V_OUT subir ligeiramente, V_REF supera 2.495 V, fazendo o amplificador aumentar a polarização de base do transistor NPN de saída. O transistor desvia mais corrente de catodo para GND através do pino 2 (ANODE), elevando a queda de tensão no resistor em série R3 e trazendo V_OUT de volta ao valor programado. Inversamente, se V_OUT cair, o transistor conduz menos, restaurando a regulação.
O amplificador de erro interno possui alto ganho em malha aberta projetado para regulação shunt estável. Entretanto, conforme documentado em TI SLVS543S figura 8-16, conectar cargas capacitivas diretamente entre catodo e anodo na faixa de 10 nF a 3 µF introduz um deslocamento de fase polo-zero desfavorável que reduz a margem de fase e provoca oscilação. O circuito é estável sem capacitor de saída ou com C_L ≥ 10 µF (com amortecimento por ESR eletrolítica típica).
Calcula a tensão de saída regulada com base no divisor de referência e na corrente de polarização.
| Símbolo | Parâmetro | Valor típico |
|---|---|---|
| Vref | Tensão de referência interna | 2.495V |
| R1 | Resistor superior do divisor | 10000Ω |
| R2 | Resistor inferior do divisor | 10000Ω |
| Iref | Corrente de entrada de referência | 2e-6A |
Corrente total fornecida através do resistor de lastro para o regulador shunt e para a carga.
| Símbolo | Parâmetro | Valor típico |
|---|---|---|
| VI | Tensão de alimentação de entrada | 10V |
| VO | Tensão de saída regulada | 5.01V |
| R3 | Resistor de polarização em série | 470Ω |
Corrente que circula pelo catodo do TL431. Deve permanecer >= 1.0 mA em qualquer condição.
| Símbolo | Parâmetro | Valor típico |
|---|---|---|
| IRS | Corrente do resistor de lastro | 10.64mA |
| Vref | Tensão de referência | 2.495V |
| R2 | Resistor inferior do divisor | 10kΩ |
| IL | Corrente de carga externa | 0mA |
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 shunt programável de precisão Texas Instruments TL431LP, SLVS543S Rev. S; Pino 1 REF, Pino 2 ANODE, Pino 3 CATHODE. | TL431LP | TO-92 | Regulador de tensão shunt e amplificador de erro | Regulador shunt programável de precisão: pinagem e folha de dados | |
| Resistor de lastro em série Selecionado de 470 Ω, 1%, 0.25 W. Dissipa ≈ 53 mW nominais com entrada de 10 V. | 470Ω | Axial / 0805 | Limita a corrente de entrada e polariza o catodo | — | |
| Resistor superior do divisor 10 kΩ, 0.1% ou 1%, 0.125 W. Define a razão nominal de saída com R2. | 10kΩ | Axial / 0805 | Braço superior do divisor de tensão de saída | — | |
| Resistor inferior do divisor 10 kΩ, 0.1% ou 1%, 0.125 W. Fixa Vref = 2.495 V em relação ao GND. | 10kΩ | Axial / 0805 | Braço inferior do divisor de tensão de saída | — | |
| Capacitor de desacoplamento de entrada 100 nF, 50 V cerâmico X7R. Posicionado próximo a P1 e ao nó de entrada de R3. | 100nF | Radial / 0805 | Desacoplamento de transitórios da alimentação de entrada | — |
Armadilhas encontradas em montagens reais, com a solução de cada uma.
Conectar capacitores de desacoplamento diretamente entre catodo e anodo na faixa de 10 nF a 3 µF provoca oscilação parasita contínua por perda de margem de fase (TI SLVS543S figura 8-16).
Mantenha a saída sem capacitor (divisor puramente resistivo) ou use capacitor CL ≥ 10 µF com ESR eletrolítica normal (0.5 a 2 Ω). Se um capacitor cerâmico for obrigatório, adicione resistor amortecedor em série de 1 a 3 Ω.
Os circuitos internos de bandgap e comparador exigem corrente de catodo mínima Imin = 1.0 mA. Se a corrente de carga IL ultrapassar IRS - 1.0 mA, IK cai abaixo de 1.0 mA e a regulação é perdida por completo.
Dimensione R3 de modo que sob corrente máxima de carga e tensão mínima de entrada, IRS - IL seja >= 1.5 mA. Para cargas superiores a 10 mA, utilize transistor de passagem PNP externo.
O uso de resistores de divisor muito altos (por exemplo R1, R2 > 100 kΩ) para reduzir corrente amplifica o erro causado pela corrente de entrada de referência Iref (até 4 µA) e sua deriva térmica.
Selecione R1 e R2 de forma que a corrente do divisor seja ao menos 100 vezes Iref (IDIV >= 200 µA). Os resistores de 10 kΩ escolhidos drenam 250 µA, limitando o erro por Iref a apenas 20 mV.
Se a saída for acidentalmente aterrada, todos os 10 V da fonte incidem sobre R3, elevando a dissipação a (10 V)^2 / 470 Ω = 213 mW.
Especifique R3 com potência nominal mínima de 0.25 W (1/4 W) para tolerar curto-circuito contínuo na saída sem sofrer danos térmicos.
Montou, simulou ou revisou este circuito? Confirme-o ou relate uma peça, valor ou ligação errada.
Abre um formulário público no GitHub com esta página já preenchida; é preciso uma conta gratuita do GitHub. Como funcionam relatos e confirmações
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.
Regulador chaveado rebaixador de alta eficiência a 150 kHz que fornece saída regulada de 5V com até 3A de carga contínua a partir de uma fonte de 7V–40V CC com mínimo de componentes externos.
Circuito de regulação de tensão CC com TI LM317KCS e entrada nominal de 12V. Os ajustes calculados até 9V respeitam a margem recomendada de 3V; a corrente utilizável exige avaliar a carga e o balanço térmico.
