Um regulador de tensão ajustável é um circuito muito útil para quem gosta de eletrônica, pois permite controlar a tensão fornecida a uma carga de acordo com a necessidade do projeto.
Neste estudo vamos analisar um circuito de regulador de tensão ajustável com TL431, dois transistores e um sistema de realimentação com amplificador de erro.
Apesar de utilizar componentes relativamente simples, esse circuito tem uma característica interessante: ele não apenas reduz a tensão de entrada, mas utiliza uma referência de tensão e uma malha de realimentação para controlar a saída com precisão.
Neste projeto também é possível observar, na prática, como o TL431, o divisor de tensão, os transistores e o transistor de potência trabalham juntos para manter a tensão de saída no valor ajustado.
Vídeo de Estudo do Projeto
Esquema do regulador de tensão ajustável
Abaixo está o esquema completo do circuito utilizado neste projeto.
O circuito pode parecer um pouco mais complexo à primeira vista, mas podemos dividi-lo em alguns blocos para entender seu funcionamento.
Basicamente temos:
- um estágio de controle formado por transistores;
- um transistor de potência;
- um divisor de tensão na saída;
- um TL431;
- uma referência interna de tensão;
- e uma malha de realimentação que monitora continuamente a tensão de saída.
Vamos analisar cada parte.
Os dois transistores do circuito
Uma das características deste regulador é a utilização de dois transistores trabalhando em conjunto.
O primeiro transistor recebe um sinal de controle relativamente pequeno e o utiliza para controlar o transistor seguinte, que consegue trabalhar com uma corrente maior.
Dependendo da configuração exata do esquema, essa associação pode funcionar como uma configuração do tipo Darlington, aumentando bastante o ganho de corrente do estágio de controle.
Na prática, isso permite que um sinal pequeno consiga controlar o transistor de potência responsável por fornecer corrente para a carga.
Podemos simplificar a ideia desta maneira:
pequeno sinal de controle → transistor → transistor de potência → carga
Isso é importante porque o circuito de controle não precisa fornecer diretamente toda a corrente necessária pela carga.
O transistor de potência
O transistor de potência é o componente responsável por fornecer a corrente necessária para a carga.
Ele funciona como o elemento de controle principal da saída.
Quando o circuito precisa aumentar ou diminuir a tensão de saída, o estágio de controle altera a condução desse transistor.
Dessa maneira, o circuito consegue controlar a energia entregue à carga enquanto mantém a tensão próxima do valor determinado pelo ajuste.
É justamente aqui que podemos perceber uma diferença importante entre um simples circuito divisor de tensão e um regulador de tensão com realimentação.
Um divisor de resistores simplesmente produz uma determinada relação entre tensões.
Já um regulador com realimentação mede a saída e corrige o circuito de acordo com o resultado dessa medição.
O que é o TL431?
O TL431 é um componente muito interessante para esse tipo de circuito.
Ele costuma ser descrito de maneira simplificada como um “diodo Zener ajustável”, mas essa descrição não conta toda a história.
Na realidade, o TL431 é um circuito integrado regulador shunt ajustável, que possui uma referência interna e um circuito de controle capaz de comparar a tensão aplicada ao seu terminal REF com essa referência.
A referência interna do TL431 é de aproximadamente 2,495 V.
Isso permite utilizar o componente como parte de uma malha de controle bastante precisa.
Em outras palavras, o TL431 não está simplesmente funcionando como um Zener comum.
Ele participa ativamente do controle do circuito.
O divisor de tensão da saída
Uma das partes fundamentais do regulador está na saída.
Um conjunto de resistores forma um divisor de tensão, que reduz a tensão de saída para um nível adequado ao circuito de controle.
Esse divisor funciona como uma espécie de sensor.
Ele pega uma amostra da tensão que está sendo entregue à carga e envia essa informação para o TL431.
Por exemplo, se a tensão de saída estiver muito alta em relação ao valor ajustado, a tensão presente no ponto de realimentação também será alterada.
O TL431 percebe essa diferença e modifica sua condução.
Essa alteração influencia o estágio de controle e, consequentemente, o transistor de potência.
O resultado é uma correção na tensão de saída.
O amplificador de erro
É aqui que está uma das partes mais interessantes deste circuito.
O TL431 possui internamente um sistema de comparação que permite detectar a diferença entre a tensão aplicada ao pino REF e sua referência interna.
Por isso, podemos dizer que ele participa do funcionamento de um amplificador de erro.
A ideia básica de um amplificador de erro é muito simples:
comparar o que está acontecendo na saída com aquilo que deveria estar acontecendo e gerar uma correção.
No nosso circuito, o divisor de tensão informa ao TL431 o que está acontecendo na saída.
O TL431 compara essa informação com sua referência interna e altera sua condução.
Essa alteração modifica o sinal de controle do estágio seguinte.
O transistor de potência então ajusta a corrente fornecida à carga.
Como funciona a realimentação negativa?
Podemos representar o funcionamento de maneira simplificada assim:
Saída → divisor de tensão → TL431 → estágio de controle → transistor de potência → saída
Isso forma uma malha de realimentação.
Se a tensão de saída tentar se afastar do valor ajustado, o circuito detecta essa alteração e atua no transistor de potência para tentar corrigir o erro.
É justamente essa realimentação que permite ao regulador manter a saída muito mais estável do que seria possível utilizando apenas componentes passivos.
Por isso, esse projeto é também uma ótima forma de estudar na prática um conceito muito importante da eletrônica:
Realimentação negativa.
Como o ajuste da tensão funciona?
O potenciômetro do circuito altera a relação do divisor de tensão utilizado para determinar o ponto de funcionamento do regulador.
Ao girar o controle, modificamos a tensão que chega ao circuito de realimentação.
O TL431 responde a essa alteração e o estágio de controle modifica a condução do transistor de potência.
Assim podemos ajustar a tensão de saída de acordo com a faixa projetada para o circuito.
É possível observar esse funcionamento diretamente no multímetro durante o teste.
Ao alterar o ajuste, a tensão indicada na saída muda e a carga acompanha essa alteração.
Por que utilizar um TL431 em vez de simplesmente um diodo Zener?
Um diodo Zener convencional pode ser utilizado como referência de tensão em diversos circuitos simples.
Porém, o TL431 oferece uma solução muito mais sofisticada.
Ele possui:
- referência interna;
- entrada de controle;
- amplificação do erro;
- capacidade de controlar sua própria condução;
- e possibilidade de trabalhar com um divisor externo para definir a tensão desejada.
Isso torna o TL431 muito útil em fontes de alimentação, reguladores de tensão, carregadores, circuitos de controle e fontes chaveadas, entre muitas outras aplicações.
O que este projeto ensina na prática?
Além de montar um regulador de tensão, este projeto permite estudar vários conceitos importantes de eletrônica em um único circuito.
Você consegue observar na prática:
- funcionamento de transistores;
- ganho de corrente;
- transistor de potência;
- divisor de tensão;
- referência de tensão;
- TL431;
- amplificador de erro;
- realimentação negativa;
- controle de tensão;
- regulador linear;
- e relação entre tensão de controle e tensão de saída.
Por isso, considero esse um projeto particularmente interessante para quem está passando dos circuitos mais simples para circuitos de eletrônica um pouco mais elaborados.
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Conclusão
O regulador de tensão ajustável com TL431 é um excelente exemplo de como vários conceitos de eletrônica podem trabalhar juntos.
Temos um divisor de tensão monitorando a saída, o TL431 funcionando como referência e elemento de controle, um estágio de transistores amplificando o controle e um transistor de potência responsável por fornecer a corrente para a carga.
O resultado é um regulador com uma malha de realimentação capaz de corrigir a saída de acordo com o valor ajustado.
E talvez essa seja a parte mais interessante do projeto: você não precisa apenas acreditar que o circuito funciona. Você pode montar, medir, ajustar e observar cada etapa acontecendo na prática.
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