Los transistores se pueden utilizar junto con otros componentes para crear reguladores de voltaje, pero no todos los transistores son inherentemente reguladores de voltaje por sí mismos. La regulación de voltaje generalmente implica mantener un voltaje de salida estable a pesar de las variaciones en el voltaje de entrada o las condiciones de carga. Los transistores se emplean a menudo como componentes activos en los circuitos reguladores de voltaje, pero se necesitan circuitos adicionales para lograr una regulación de voltaje estable.
Hay dos tipos comunes de reguladores de voltaje: reguladores de voltaje lineales y reguladores de voltaje conmutados. Exploremos cómo se utilizan los transistores en ambos tipos:
1. Reguladores de voltaje lineal:
- Operación básica: Los reguladores de voltaje lineal utilizan un transistor de paso en serie para regular el voltaje de salida. El transistor ajusta su conductividad para mantener un voltaje de salida constante.
- Tipos comunes: Los reguladores de voltaje lineal más comunes se basan en transistores de unión bipolar (BJT) o transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (MOSFET).
- Regulador de voltaje lineal basado en BJT:
- Ejemplo: El ejemplo clásico de un regulador de voltaje lineal basado en BJT es la serie 78xx (por ejemplo, 7805, 7812).
- Operación: El BJT ajusta su corriente colector-emisor en función de la diferencia de voltaje entre el voltaje de referencia (establecido internamente) y el voltaje de salida. Esto controla la caída de voltaje en el BJT y mantiene un voltaje de salida estable.
- Componentes: el regulador normalmente incluye resistencias, condensadores y una referencia de voltaje.
- Regulador de voltaje lineal basado en MOSFET:
- Ejemplo: Los reguladores de voltaje de baja caída (LDO) suelen utilizar MOSFET.
- Operación: Al igual que los reguladores basados en BJT, los MOSFET controlan el flujo de corriente para mantener un voltaje de salida constante.
- Ventajas: Los reguladores LDO pueden funcionar con diferenciales de voltaje de entrada-salida más bajos, lo que proporciona una regulación eficiente incluso con pequeñas diferencias de voltaje.
2. Reguladores de voltaje conmutados (fuentes de alimentación de modo conmutado – SMPS):
- Operación básica: Los reguladores de voltaje de conmutación utilizan un transistor para cambiar rápidamente entre los estados ON y OFF, controlando el voltaje de salida promedio.
- Tipos de transistores utilizados: comúnmente, los MOSFET se prefieren para aplicaciones de conmutación debido a sus velocidades de conmutación más rápidas y menores pérdidas de energía.
- Convertidor de dólares:
- Operación: Un convertidor reductor es un tipo de regulador de voltaje de conmutación que reduce el voltaje de entrada a un voltaje de salida más bajo.
- Función del transistor: El MOSFET actúa como un interruptor, encendiéndose y apagándose a alta frecuencia. Se utilizan inductores y condensadores para filtrar y suavizar el voltaje de salida.
- Convertidor de impulso:
- Funcionamiento: Un convertidor elevador aumenta el voltaje de salida por encima del voltaje de entrada.
- Función del transistor: Similar al convertidor reductor, el MOSFET sirve como interruptor y el circuito incluye inductores y condensadores.
- Convertidor inversor:
- Funcionamiento: Los convertidores inversores producen un voltaje de salida negativo.
- Función del transistor: El MOSFET conmuta para crear un voltaje negativo pulsante, que luego se filtra y regula.
Consideraciones clave:
- Eficiencia: los reguladores de voltaje de conmutación son generalmente más eficientes que los reguladores de voltaje lineales, especialmente en aplicaciones con grandes diferenciales de voltaje.
- Disipación de calor: los reguladores lineales disipan el exceso de voltaje en forma de calor, lo que los hace menos eficientes para caídas de alto voltaje. Los reguladores de conmutación minimizan la disipación de calor.
- Complejidad: Los reguladores lineales son más simples pero menos eficientes. Los reguladores de conmutación son más complejos pero ofrecen mayor eficiencia.
Elegir el transistor correcto:
- BJT: Los transistores bipolares NPN o PNP se utilizan habitualmente en reguladores lineales.
- MOSFET: Tanto para reguladores lineales como de conmutación, los MOSFET en modo mejorado se eligen con frecuencia por sus capacidades de conmutación y su baja resistencia de encendido.
En resumen, si bien no todos los transistores son inherentemente un regulador de voltaje, los transistores son componentes integrales en los circuitos reguladores de voltaje. La elección del tipo de transistor depende de la aplicación específica y de las características deseadas del circuito de regulación de voltaje, ya sea lineal o conmutado.
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