I regolatori di tensione prendono una tensione di ingresso e creano una tensione di uscita regolata a livello fisso o regolabile. Questa regolazione automatica del livello di tensione di uscita è gestita in modo diverso da vari tipi di regolatori di tensione.
Tipi di regolatori di tensione
Il tipo di regolatore di tensione più conveniente e spesso il più semplice da utilizzare sono i regolatori di tensione lineari. I regolatori lineari sono compatti e spesso utilizzati in sistemi a bassa tensione e bassa potenza. I regolatori a commutazione sono più efficienti dei regolatori di tensione lineari, ma sono più difficili da lavorare e sono più costosi. I diodi Zener sono economici e semplici da usare ma sono meno efficienti dei regolatori lineari.
Regolatori lineari
Uno dei modi più semplici per fornire una tensione stabile per l'elettronica consiste nell'utilizzare un regolatore di tensione lineare standard a 3 pin, come l'LM7805, che fornisce un'uscita da 5 volt e 1 amp con una tensione di ingresso fino a 36 volt (a seconda del modello).
I regolatori lineari funzionano regolando la resistenza in serie equivalente (ESR) del regolatore sulla base di una tensione di feedback, diventando essenzialmente un circuito divisore di tensione. Ciò consente al regolatore di emettere una tensione costante indipendentemente dal carico di corrente posto su di esso, fino alla sua capacità di corrente.
Uno dei grandi svantaggi dei regolatori di tensione lineari è la grande caduta di tensione minima, che è di 2,0 volt sul regolatore di tensione lineare LM7805 standard. Ciò significa che per ottenere l'uscita stabile a 5 volt, è necessario almeno un ingresso a 7 volt. Questa caduta di tensione gioca un ruolo importante nella potenza dissipata dal regolatore lineare, che deve dissipare almeno 2 watt se eroga un carico di 1 ampere (caduta di tensione di 2 volt per 1 ampere).
La dissipazione di potenza peggiora all'aumentare della differenza tra la tensione di ingresso e quella di uscita. Ad esempio, mentre una sorgente da 7 volt regolata a 5 volt che eroga 1 ampere dissipa 2 watt attraverso il regolatore lineare, una sorgente da 10 volt regolata a 5 volt che eroga la stessa corrente dissipa 5 watt, rendendo il regolatore efficiente solo del 50%.
Regolatori di commutazione
I regolatori lineari sono ottime soluzioni per applicazioni a basso consumo ea basso costo in cui la differenza di tensione tra ingresso e uscita è bassa e non è richiesta molta potenza. Il più grande svantaggio dei regolatori lineari è che questi sono inefficienti, ed è qui che entrano in gioco i regolatori a commutazione.
Quando è necessaria un'elevata efficienza o è prevista un'ampia gamma di tensioni di ingresso, un regolatore a commutazione diventa l'opzione migliore. I regolatori di tensione a commutazione hanno efficienze di alimentazione dell'85% o superiori rispetto alle efficienze dei regolatori di tensione lineari che spesso sono inferiori al 50%.
I regolatori a commutazione generalmente richiedono componenti aggiuntivi rispetto ai regolatori lineari. I valori dei componenti hanno un effetto maggiore sulle prestazioni complessive dei regolatori a commutazione rispetto ai regolatori lineari. Ci sono anche sfide di progettazione nell'uso efficace dei regolatori a commutazione senza compromettere le prestazioni del circuito derivanti dal rumore elettronico generato dal regolatore.
Diodi Zener
Uno dei modi più semplici per regolare la tensione è con un diodo Zener. Mentre i regolatori lineari sono generalmente di base nella progettazione, un diodo Zener fornisce un'adeguata regolazione della tensione in un singolo componente.
Poiché i diodi Zener deviano a terra tutta la tensione aggiuntiva al di sopra della soglia della tensione di rottura, può essere utilizzato come un semplice regolatore di tensione con la tensione di uscita tirata attraverso i conduttori del diodo Zener.
Tuttavia, gli Zener spesso hanno una capacità limitata di gestire l'alimentazione, il che li limita solo alle applicazioni a bassa potenza. Quando si utilizzano i diodi Zener in questo modo, è meglio limitare la potenza disponibile che può fluire attraverso lo Zener selezionando strategicamente un resistore di dimensioni adeguate.
