Differenza tra Regolatore di Tensione a Scorrimento e Regolatore di Tensione in Serie

I regolatori di tensione lineari sono principalmente classificati in due tipi: regolatori di tensione shunt e regolatori di tensione in serie. La differenza chiave tra di loro sta nella connessione dell'elemento di controllo: in un regolatore di tensione shunt, l'elemento di controllo è connesso in parallelo al carico; al contrario, in un regolatore di tensione in serie, l'elemento di controllo è connesso in serie al carico. Questi due tipi di circuiti regolatori di tensione funzionano su principi diversi e quindi hanno i propri vantaggi e svantaggi, che saranno discussi in questo articolo.

Cos'è un Regolatore di Tensione?

Un regolatore di tensione è un dispositivo che mantiene la tensione di uscita a un valore costante nonostante le variazioni della corrente di carico o della tensione di ingresso. È un componente essenziale nei circuiti elettrici ed elettronici, poiché assicura che la tensione di uscita continua rimanga all'interno di un intervallo specificato, indipendentemente dalle fluttuazioni della tensione di ingresso o della corrente di carico.

Essenzialmente, una tensione di alimentazione continua non regolata viene convertita in una tensione di uscita continua regolata, dove la tensione di uscita non presenta variazioni significative. Si deve notare che l'elemento di controllo è il componente centrale del circuito, e la sua posizione differisce tra i due tipi di regolatori.

Definizione di Regolatore di Tensione Shunt

La figura sottostante mostra il regolatore di tensione shunt:

Come risulta evidente dalla figura sopra, l'elemento di controllo è connesso in parallelo al carico, da cui il nome "regolatore di tensione shunt."

In questa configurazione, la tensione di ingresso non regolata fornisce corrente al carico, mentre una parte della corrente scorre attraverso l'elemento di controllo (che si trova in un ramo parallelo al carico). Questa distribuzione aiuta a mantenere stabile la tensione sul carico. Quando la tensione del carico fluttua, un circuito di campionamento invia un segnale di feedback al comparatore. Il comparatore confronta quindi questo segnale di feedback con un ingresso di riferimento; la differenza risultante determina quanta corrente deve scorrere attraverso l'elemento di controllo per mantenere costante la tensione del carico.

Definizione di Regolatore di Tensione in Serie

La figura sottostante rappresenta un regolatore di tensione in serie:

In questo tipo di regolatore di tensione, l'elemento di controllo è connesso in serie al carico, da cui il nome "regolatore di tensione in serie."

In un regolatore di tensione in serie, l'elemento di controllo è responsabile della regolazione della porzione della tensione di ingresso che raggiunge l'estremità di uscita, agendo come un componente regolatore intermedio tra la tensione di ingresso non regolata e la tensione di uscita. Similmente ai regolatori shunt, una parte del segnale di uscita qui viene anche retroazionata al comparatore attraverso un circuito di campionamento, dove il comparatore confronta il segnale di ingresso di riferimento con il segnale di feedback.

Successivamente, viene generato un segnale di controllo in base al risultato di uscita del comparatore e trasmesso all'elemento di controllo, che regola di conseguenza la tensione del carico.

Differenze Chiave tra Regolatori di Tensione Shunt e in Serie

• Connessione dell'Elemento di Controllo: La distinzione principale sta nella posizione dell'elemento di controllo: nei regolatori shunt, è connesso in parallelo al carico; nei regolatori in serie, è connesso in serie al carico.

• Caratteristiche del Flusso di Corrente: Nei regolatori shunt, solo una frazione della corrente totale scorre attraverso l'elemento di controllo per mantenere stabile l'uscita continua. Al contrario, i regolatori in serie permettono alla corrente totale del carico di passare attraverso l'elemento di controllo.

• Prestazioni di Regolazione: I regolatori di tensione in serie offrono una maggiore precisione di regolazione rispetto ai regolatori di tensione shunt.

• Meccanismo di Compensazione: Per mantenere costante la tensione del carico, i regolatori shunt regolano la corrente attraverso l'elemento di controllo. I regolatori in serie, invece, modificano la tensione sull'elemento di controllo per compensare le fluttuazioni della tensione di uscita.

• Dipendenza dell'Efficienza: L'efficienza dei regolatori shunt dipende dalla corrente di carico, rendendoli inadatti per condizioni di carico variabili. I regolatori in serie, al contrario, hanno un'efficienza che dipende dalla tensione di uscita.

• Complessità di Progettazione: I regolatori di tensione shunt sono più semplici da progettare rispetto ai regolatori di tensione in serie.

• Intervallo di Operazione della Tensione: I regolatori shunt sono limitati a operazioni a tensione fissa, mentre i regolatori in serie sono adatti sia per applicazioni a tensione fissa che variabile.

• Classificazione dell'Elemento di Controllo: Nelle configurazioni shunt, l'elemento di controllo è un componente a bassa corrente e alta tensione (poiché solo una porzione della corrente di carico viene deviata attraverso di esso). Nelle configurazioni in serie, l'elemento di controllo è un componente a bassa tensione e alta corrente (poiché l'intera corrente di carico passa attraverso di esso).

Conclusione

In sintesi, sia i regolatori di tensione shunt che quelli in serie servono lo scopo principale della regolazione della tensione, ma la posizione dell'elemento di controllo nei rispettivi circuiti porta a meccanismi operativi distinti. Le loro differenze in termini di connessione, gestione della corrente, prestazioni di regolazione e scenari di applicazione rendono ciascuno adatto a specifici casi d'uso, come dettagliato nell'analisi precedente.