¿El uso de capacitores en el esquema del regulador de voltaje usando 7805 y 7812?

Soy un novato en electrónica, por lo que me faltan muchos conocimientos básicos de electrónica.

Encontré este esquema sobre cómo hacer una fuente de alimentación regulada de 5 V y 12 V CC desde CA. El diagrama está abajo:

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Esto es lo que sé sobre el esquema:

  • J1 puede transformar el voltaje de CA usando un transformador de voltaje
  • El puente de diodos convierte CA en CC, pero la CC convertida está ondulada
  • C1 (condensador electrolítico) y C2 (condensador cerámico) se utilizan para suavizar la CC ondulada
  • LM7805 y 7812 son reguladores que se utilizan para hacer que el voltaje de CC sea constante de 5 V/12 V para la salida J2/J3
  • Las resistencias R1/R2 se utilizan para restringir la corriente de los LED D1/D2. Si ambos LED se encienden, sabemos que hay corriente en todo el circuito.

Tengo algunas preguntas:

  1. ¿Las cosas que digo arriba son correctas o incorrectas?
  2. ¿Cuál es el uso de los condensadores C3, C4, C5, C6? ¿Se utilizan para suavizar la CC, hacer que la CC de salida esté más estabilizada? ¿Cuál es la diferencia en el uso de condensadores electrolíticos y condensadores cerámicos en este esquema?
J1 puede transformar el voltaje de CA usando un transformador de voltaje Más preciso: J1 es un conector que se conecta a un transformador de CA. Este transformador toma 240 V CA (¡peligroso!) y los transforma en CA de bajo voltaje (por ejemplo, 15 V CA) que es seguro tocar.
Si ambos LED se encienden, sabemos que hay corriente en todo el circuito. Más preciso: si ambos LED se iluminan, sabemos que hay voltajes presentes en las salidas del circuito.
C2, C3, C4, C5 y C6: es muy probable que este circuito funcione sin ellos, pero se recomienda tener estos capacitores para que el LM7805 y el LM7812 sean más estables y se comporten "mejor". Es solo una "buena práctica" tener estos condensadores allí.
En cuanto a electrolitos vs cerámica: no hacen cerámicas con valores tan altos como 1mF. En cuanto al resto de las tapas con polaridad, también podrían ser de cerámica si encuentra una con la clasificación de voltaje correcta. 10uF en cerámica 0603/0805, etc. es una tecnología algo nueva. Hace una década, tenías que usar otra química como el tantalio o el electrolito de aluminio. Los reguladores LM78 son una tecnología muy antigua.
@Bimpelrekkie Gracias. ¿Puedo preguntar más claramente sobre los LED: ambos se iluminan cuando nada se conecta con J2 y J3? Por ejemplo, si conecto J2 con un dispositivo de 5 V y no conecto J3 con ningún dispositivo, entonces el LED D1 se encenderá y el LED D2 no se encenderá (no fluye corriente a través del LED D2 y también lo hace LM7812), ¿verdad? ¿Que el conector J es un circuito abierto cuando no está conectado con otro dispositivo, o siempre es un circuito cerrado?
LED: ¿Se encienden ambos cuando nada se conecta con J2 y J3? En funcionamiento normal , los LED siempre estarán encendidos. Los LED no responden a la corriente que fluye a través de J2, J3. Es por eso que escribí: "Si ambos LED se iluminan, sabemos que hay voltajes presentes en las salidas del circuito". Solo si extrae demasiada corriente (¡funcionamiento anormal!) de J2, J3 y hace que el voltaje caiga, los LED se apagarán. Entonces los dispositivos LM78xx pueden calentarse MUCHO, así que no hagas esto. Los dispositivos LM78xx se protegen a sí mismos para que no se dañen.

Respuestas (3)

Mayormente correcto, excepto que J1 es un conector como dijo jwh.

¿Cuál es el uso de los condensadores C3, C4, C5, C6?

Como de costumbre, puedes pensarlo en el dominio del tiempo o en el dominio de la frecuencia:

Dominio del tiempo: los reguladores de voltaje no reaccionan instantáneamente a un cambio en la corriente de carga. Entonces, si la corriente de carga aumenta rápidamente, el voltaje de salida caerá por un corto tiempo, hasta que el regulador se ponga al día. Los condensadores de salida proporcionan almacenamiento a corto plazo para minimizar esto.

Dominio de la frecuencia: la impedancia de salida de un regulador de voltaje parece inductiva porque aumenta con el aumento de la frecuencia. Para obtener una impedancia de salida baja (para minimizar el cambio en Vout con cambios en la corriente de carga) en una amplia banda de frecuencia, se agregan capacitores que ofrecen baja impedancia a alta frecuencia.

Estos capacitores también son importantes para la estabilidad: siempre revise la hoja de datos, algunos reguladores oscilarán con los capacitores incorrectos. Sin embargo, los reguladores de la serie 78xx no son exigentes.

Si hay cables largos entre el regulador y la carga, aumentará la inductancia, por lo que el voltaje de suministro en la carga dependerá más de la corriente de carga. Por lo tanto, agregamos condensadores de desacoplamiento cerca de la carga. En este caso, estas tapas de desacoplamiento son las que se encargan de mantener baja la impedancia de alimentación y almacenar algo de energía para cambios rápidos de corriente de carga, y las tapas cercanas al regulador se encargan más de mantenerla estable.

¿Las cosas que digo arriba son correctas o incorrectas?

Principalmente excepto por la declaración sobre J1. J generalmente designa un conector y este no es ni un transformador ni otro dispositivo que cambie el voltaje de entrada de la red de CA. Esa parte del circuito no se muestra y es probable que este circuito requiera un voltaje de entrada de CA como 15 VCA.

¿Cuál es el uso de los condensadores C3, C4, C5, C6? ¿Se utilizan para suavizar la CC, hacer que la CC de salida esté más estabilizada? ¿Cuál es la diferencia en el uso de condensadores electrolíticos y condensadores cerámicos en este esquema?

Estos condensadores del lado de salida ayudan a mantener el voltaje de salida en condiciones de carga variables. Entonces, al igual que las tapas laterales de entrada, proporcionan filtrado.

Las tapas electrolíticas funcionan mejor a bajas frecuencias, mientras que las tapas de cerámica funcionan mejor a frecuencias más altas. Entonces, al combinar ambos, obtiene una cobertura razonable de diferentes cargas, algunas de las cuales pueden incluir dispositivos de conmutación que exigen una frecuencia más alta en el suministro.

Los capacitores también hacen que el regulador de voltaje sea estable: muchos reguladores lineales (los de caída baja son particularmente propensos a esto, pero la serie 78xx también puede) pueden terminar oscilando sin una cantidad adecuada de capacitancia en su salida, y algunos requieren capacitancia de entrada también. ¡Algunos de ellos incluso requieren condensadores con una cantidad mínima de ESR, incluso! Esto es distinto de simplemente pasar el ruido de entrada a la salida; la oscilación aún ocurre incluso con una entrada perfectamente estable y sin ruido.

Además de evitar la oscilación como se menciona en otras respuestas, los capacitores de salida también suprimen significativamente el ruido en las líneas de suministro: las referencias de voltaje en circuitos como 7805 y 7812 son ruidosas y este ruido se amplifica junto con el voltaje de referencia para alcanzar el voltaje de salida. El área del chip no proporciona un espacio significativo para agregar condensadores de suavizado para silenciar la fuente de referencia. Entonces, en su lugar, pones un condensador en la salida. Esto funciona razonablemente bien porque el regulador lineal actúa como fuente de corriente pero no como sumidero, por lo que no bombea corriente de un lado a otro en línea con el ruido en la fuente de voltaje de referencia.

Para motores y otras cargas y circuitos lógicos, ese tipo de ruido en las líneas de suministro no es demasiado relevante. Para los circuitos de audio y medición, puede ser bastante perjudicial.