Este é um circuito regulador de tensão, linear, de 3 a 13 V, com proteção de sobrecorrente para 1 A. Pode ser adaptado para outros limites, basta refazer os cálculos dos componentes.

• Esquema: Gschem / PDF
• Cálculo: Gnumeric / XLS
• Diagrama de blocos: Dia / PNG (ver abaixo)

É um circuito bem didático, sendo que exitem CIs mais adequados para se obter uma boa regulação de tensão, de forma bem compacta e eficiente.

A entrada deve ser suprida por uma fonte comum de 15 V, com capacidade para 1 A. O circuito foi calculado para admitir variações entre 9 e 20 V para essa tensão de entrada, com as devidas limitações que isso impõe:

• Para 9 V, a máxima tensão de saída regulada fica em torno de 8,5 V;
• Para 20 V, se a tensão de saída for muito baixa, a capacidade de corrente deve ser limitada, pois a queda de tensão no transistor de saída aumenta muito, provocando grande dissipação de calor sobre ele para correntes maiores; como não existe proteção contra sobreaquecimento, pode haver queima de componentes neste caso.

Um LED verde (D6) indica energização do circuito, com a presença de tensão de entrada.

A saída de tensão é regulada através de um potenciômetro, indicado como R2 no circuito. Independente da tensão de entrada, a excursão dessa tensão deve ficar entre 3 e 13 V.

Um trim-pot (R14) ajusta a referência de corrente máxima que o circuito deve suportar. Se a corrente de saída atinge o valor ajustado, o circuito corta a tensão de saída por 5 segundos aproximadamente. Ao final desse tempo, novo religamento é tentado, se o problema persistir, mais 5 segundos de corte são contados, e assim indefinidamente, até que não haja mais sobrecarga na saída.

Um LED vermelho (D5) indica a persistência de defeito na saída.

• Nenhuma proteção contra sobreaquecimento;
• Nenhuma compensação contra variação de temperatura;
• Incerteza quanto à máxima corrente de curtocircuito passante antes da proteção atuar;

Um protótipo foi montado e está em uso. A seguir seguem alguns resultados de testes feito com ele.

Para avaliar a regulação da tensão de saída, usou-se como carga um pequeno motor DC de 12 V, freiando-se seu eixo o suficiente para elevar a corrente a quase 1 A, limite de saída do circuito. O potenciômetro de tensão de saída foi ajustado para uma tensão em torno de 10 V, para garantir que o circuito se mantivesse na região de regulação mesmo com o afundamento de tensão de entrada, pois a fonte usada não tinha muita potência.

Figura 1	Figura 2

Nas duas figuras, o canal 2 (em azul) mostra a corrente de saída, que é obtida da tensão sobre o resistor R12 (0,5 ohm). Observa-se um valor de corrente em torno de 700 mA (entre 600 e 800 mA).

Na figura 1, o canal 1 (em laranja) mostra a componente alternada da tensão de entrada. E na figura 2, o canal 1 mostra a componente CA de saída. Comparando as duas formas de onda, destaca-se a diferença entre suas amplitudes CA:

• Tensão pico a pico de entrada: ~ 140 mV
• Tensão pico a pico de saída: ~ 6 mV

A ondulação¹⁾ da tensão de entrada já é bastante pequena, pois foi usada uma fonte chaveada, que já é de certa forma regulada. Mesmo assim, pode-se notar considerável melhoria que a regulação linear oferece.

Uma resistência de 5 ohms (de chuveiro elétrico) foi conectada à saída e aumentou-se a tensão de saída até que a proteção atuasse, o que aconteceu para uma tensão de 5 V, comprovando a correção do ajuste para o limite de 1 A.

Mantendo-se o circuito sob a condição de sobrecarga, entra-se num ciclo intermitente de tentativas de religamento, onde a tensão no capacitor varia como uma forma de onda dente de serra. Isso pode ser visto na figura 3, abaixo.

Figura 3

No canal 2 está a tensão de entrada, em torno de 13,6 V.

No canal 1 está a tensão sobre o capacitor responsável pela contagem de tempo entre as tentativas de religamento do circuito de proteção. No desenho traçado pelo osciloscópio, observa-se que o sinal excursiona entre os limites de 2 e 8 V, com um período de 11,4 s, aproximadamente.

Na figura 4 a seguir, verifica-se o tempo em que a saída permanece sob sobrecarga, no momento em que se tenta religá-la.

Figura 4

No canal 2 está a tensão de saída do circuito, onde aparece um breve pulso de tensão (até 8,4 V), com rápido decaimento após alguns milissegundos (2,6 ms).

No canal 1 está a tensão no capacitor de temporização, da mesma forma que para a figura 3. Só que agora pode-se ver o tempo de subida da tensão, que se comporta como uma rampa, indicando corrente constante fluindo por ele. Essa corrente deve estar limitada então pelo transistor Q5 e os parâmtros que a definem são a corrente de base de Q5 e seu ganho direto.

Pode-se até mesmo calcular a corrente de carga de Q5 através da inclinação da reta mostrada na figura 4:

I = C * dV / dt -->
I ~= 100e6 * 6 / 2,6e-3 -->
I ~= 230 mA

Colocando-se a saída sob curtocircuito, verifica-se então qual a máxima corrente limitada pelo circuito e por quanto tempo esta condição permanece.

Figura 5

No canal 1 está a tensão no capacitor temporizador, assim como nas figuras 3 e 4.

No canal 2 está a tensão medida no resistor R12, que transduz a corrente de saída (curtocircuito). Observa-se que o tempo em que o curtocircuito permanece fica em torno de 2,5 ms. E a amplitude máxima atingida está perto de 2,7 A, tendendo a se estabilizar em 2,1 A.

Esta corrente é limitada pelas máximas correntes de base dos transistores de saída Q2 e Q3, junto com seus ganhos diretos. Ou então, ela pode estar definida pelas características da fonte que alimenta o circuito. Ainda falta se fazer testes com uma fonte que disponibilize potência maior, para se verificar qual das duas hipóteses se confirma.

Vale observar também que a corrente mostrada (e vista pelo circuito de proteção) não considera a parcela descarregada diretamente pelo capacitor de saída C2.