رگولاتور تنظیم کننده ولتاژ

به طور درست تنظیم کننده ولتاژ خطی نامیده می شود تا آن را از تنظیم کننده سوئیچینگ یا میدل DC – DC تشخیص دهیم . گرچه معمولا اصطلاح کامل استفاده نمی شود و رگولاتور ولتاژه معمولا به معنای رگولاتور ولتاژ خطی است .

کاربرد

رگولاتور ولتاژ خطی یک خروجی DC کنترل شدهی متراکم فراهم می کند که از ورودی DC تنظیم نشده یا تنظیم شده ی خیلی ضعیف حاصل می شود . خروجی DC بدون توجه به بار روی رگولاتور ( در حدود مشخصی ثابت و پایدار می ماند . این یک جزء مؤلفه ارزان ، ساده و بسیار نیرومند است . نماد شماتیک منحصر بفردی برای رگولاتور ولتاژ خطی وجود ندارد .

ظاهر فیزیکی کلی انواع مورداستفاده رایج رگولاتور ارزیابی شده برای خروجی حدود ۱A DC در شکل زیر نشان داده شده است . رگولاتورهای LM7805 ء LM۷۸۱۲ ، LM7806 و رگولاتورهای LM78xx در این نوع بسته با پایه هایی که در اینچ ۰ ٫ ۱ قرار گرفته و کارکردی مشابه آنچه نشان داده شد دارند ، تحت پوشش قرار می گیرند . انواع دیگر رگولاتور ها ممکن است از نظر ظاهر متفاوت باشند یا ممکن است یکسان به نظر برسند اما عملکرد پایه های متفاوتی دارند . همیشه برای اطمینان برگه مشخصات فنی را بررسی کنید .

طراحی بسته ی رگلاتور ولتاژ مورد استفاده رایج بقیه ممکن است به طور چشم گیری متفاوت باشند و عملکرد پایه ها متغیر است برای اطلاعات بیشتر برگه مشخصات تولید کننده را برسی کنید

عملكرد

تمام رگولاتور های خطی با گرفتن تعدادی فیدیک از خروجی ، ارائه مقدار خطا با مقایسه ی خروجی با ولتاژ مينا ( ساده ترین شان با دیود زنر آماده می شوند ) و استفاده از مقدار خطا برای کنترل بیس ( پایه ) ترانزیستور عبور ( گذر ) که بین ورودی و خروجی رگولاتور قرار دارد ، عمل می کنند . به این دلیل که ترانزیستور زیر سطح اشیاع کار می کند ، جریان خروجی آن به طور خطی با جریان ظاهر شده در بیس أن تغییر می کند و این رفتار به رگولاتور خطی نامش را ارائه می دهد .

شکل زیر روابط این عملکرد ها را به شکل ساده نشان میدهد ؛

شکل زیر با استفاده از زوج دارلینگتون به عنوان ترانزیستور عبور » جزئیات بیشتری را نشان میدهد .

بيس زوج توسط دو ترانزیستور دیگر و مقایسه گری که ولتاژ خطا را ارائه می دهد ، کنترل می شود . این ورژن از رگولاتور ولتاژ به عنوان نوع استاندارد شناخته شده است .

اختلاف ولتاژ موردنیاز بین بیس و آمیتر ترانزیستور NPN حداقل ۰ ٫ ۶۷ است . به این دلیل که ترانزیستورهای چندگانه در داخل رگولاتور ولتاژ نوع استاندارد استفاده شده اند ، به حداقل اختلاف كل ولتاژ بین ورودی و خروجی اش که حدود ۲۷ است ، نیاز دارد . این اختلاف ولتاژ به عنوان ولتاژ رهایی شناخته شده است . اگر اختلاف ولتاژ کمتر از این مقدار حداقل شود ، رگولاتور برای ارائه ی ولتاژ خروجی قابل اطمینان تا زمانی که ورودی دوباره افزایش یابد ، متوقف می شود . رگولاتورهای رهایی پایین اختلاف ولتاژ کمتری را مجاز می کنند اما گران تر بوده و کمتر برای استفاده رایج است . آنها در زیر بخش متغیرها توضیح داده شده اند .

در حالت تئوری اجزای مجزا می توانند برای ساخت رگولاتور ولتاژ استفاده شوند . اما چند دهه پیش برای مقرون به صرفه بودن متوقف شد . اکنون این اصطلاح به این معنی است که یک بسته ی مجتمع کوچک شامل یک مدار سادهی تکمیل شده با ویژگی های اضافی مطلوب مانند حفاظت خودکار در مقابل اضافه بار و گرمای بیش از حد است . به جای سوزاندن هنگامی که دچار اضافه بار می شود ، اجزا به سادگی خاموش می شوند ، همچنین اغلب رگولاتورهای ولتاژ اتصال ناگهانی قدرت معکوس ( هنگامی که باتری ها اشتباه ( برعکس ) وارد شوند ) و ورود معکوس و ناگهانی رگولاتور به صفحهی مداری را تحمل می کنند .

اجزای دیگر می توانند نیاز به ارائه قدرت در ولتاژ کاهش یافته را رفع کنند . به زبان ساده تر ، اگر دو ترانزیستور به صورت سری در مقابل منبع قدرت قرار گیرند ، یک مقسم ولتاژ تشکیل می دهند که ولتاژ میانی بین اتصال آنها به وجود میاورد . با این حال ، این ولتاژ می تواند بسته به ولتاژ ورودی و یا امپدانس بار تغییر کند . رگولاتور ولتاژ ساده ترین راه برای تأمین ولتاژی است که بدون توجه به انحراف ورودی یا نوسانات قدرت استفاده شده توسط بار ، پایدار بماند .

عیب رگولاتور ولتاژ نوع استاندارد کم بازده بودن آن است ، به خصوص هنگامی که یک ولتاژ ورودی نسبتا زیاد برای تحویل یک ولتاژ خروجی نسبتا کم استفاده شود . اگر با ولتاژ ورودی ، Vout ولتاژ خروجی و ها جریان خروجی باشد ، میانگین افت توان ( P ) با فرمول زیر به دست می آید :

P = bu * ( V.- Vout )

برای مثال اگر جریان خروجی ۱۸ ولتاژ ورودی ۹۷oc و ولتاژ خروجی ۵۷oc باشد ، ۴۴ ٪ از توان ورودی تلف می شود و اجزا تنها ۵۶ ٪ بازده خواهند داشت . توان تلف شده ( حدود ۴ وات در این مثال ) به صورت گرما و حرارت هدر می رود . حتی هنگامی که رگولاتور نوع استاندارد در حداقل ولتاژ رهایی یعنی ۲۷ کار می کند ، هنگام تحویل ۰۰۵A باید ۱w هدر رود .

انواع مدل ها

بسته بندی رگولاتورهای سری LM78xX که در شکل ها نشان داده شده ، یک صفحه آلومینیومی سوراخ دار را با سوراخی که می تواند به یک گرماگیر بسته شود ، ترکیب می کنند . رگولاتورهای ولتاژ با جریان خروجی نامی کمتر از ماکسیمم ( بیشینه ) ( معمولا ۱۰۰mA ) نیازی به قطعه گرماگیر ندارند و در بسته بندی هایی شبیه ترانزیستورهای کوچک فراهم هستند .

برخی از مدارهای مجتمع قابل ایتفاده دارای دو رگولاتور ولتاژ بوده که از نظر الکتریکی از یکدیگر مجزا هستند 

 انواع متداول

در سری LM78xX دو رقم آخر در بخش اعداد ولتاژ خروجی را تعیین می کند که ثابت است .

بنابراین LM7805 مقدار LM7806 ، ۵۷oc مقدار ۶۷oc تحویل می دهد و الی آخر ، برای رگولاتورهایی با ولتاژ خروجی اعشاری ( ۳ ٫ ۳۷ متداول است ) یک حرف اضافه مانند 78M33 در قسمت اعداد وارد می شود .

بسیاری از نسخه های سری LM78xX توسط تولیدکنندگان مختلفی ساخته می شوند ، نسخهها از نظر عملکرد بدون توجه به حرف های اضافی که برای تعیین منبع آن یا دیگر ویژگی ها اضافه می شود ، یکسان هستند . رگولاتورهای LM78xX عمدتا ارزیابی شده که در ۴ دقیق باشند ، گرچه نمونه های واقعی تقریبا همیشه ولتاژهایی تحویل می دهند که از این حد پیشنهاد شده دقیق تر است .

رگولاتور های قابل تنظیم

در حالی که اکثریت رگولاتورها خروجی ثابت دارند ، بعضی از آنها به کاربر اجازه می دهند تا با قرار دادن یک یا چند مقاومت خروجی را تنظیم کنند . LM317 یک نمونه رایج است ولتاژ خروجی آن می تواند در محدودهی ۱ ٫ ۲۵۷ oc تا ۳۷۷ باشد و همانطور که در شکل زیر نشان داده شده به وسیله یک مقاومت و یک پتانسیومتر تریمر تنظیم می شود .

اگر R مقاومت مقدار ثابت و R تریمر باشد ، همانطور که در شماتیک نشان داده شده ولتاژ خروجی ها با فرمول زیر به دست می آید :

V out = 1.25 x ( 1 + ( R1 / R2 ) )

مقادير معمول برای R و R به ترتیب ۲۴۰۹ و ۵۸ است . با نصف مقدار تریمر ، ۷ut ، ۶۲۵ ( ۱+ ( ۲۴۰/۲۵۰۰ ) تقریبا برابر با ۵۷oc است که به ورودی حداقل ۱۷۷oc نیاز دارد . با این حال اگر تریمر به مقدار ۷۲۰ کاهش یابد ، خروجی ۵۷oc خواهد بود . در عمل مقدار تریمر باید انتخاب شود بنابراین تنظیم در نصف محدوده تقریبا خروجی مورد هدف را فراهم می کند . این موضوع DC تنظیم دقیق ولتاژ خروجی را ممکن می سازد . در حالی که تنوع رگولاتور قابل تنظیم مطلوب است و اتلاف کلی توان هنوز متناسب با اختلاف بین ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی است . برای کاهش اتلاف حرارتی ، این اختلاف نباید از ولتاژ رهایی با مقداری بیشتر از حد نیاز تجاوز کند ،

یک رگولاتور قابل تنظیم به ترانزیستورهای بای پس بیشتری نسبت به رگولاتور با خروجی ثابت نیاز دارند . توصیه های تولید کننده برای LM317 در شکل بالا نشان داده شده است .

رگولاتور های مثبت و منفی

در حالی که بیشتر رگولاتورهای ولتاژ خطی برای ورودی مثبت ، طراحی شده اند ( جریان متعارف از ورودی به خروجی جریان دارد . بعضی ها برای ورودی منفی در نظر گرفته شده اند . در این متغير پایه ی مشترک مثبت است و ورودی و خروجی نسبت به آن منفی هستند .

رگولاتور های خطی خروج پایین

رگولاتورهای خروج کم ( گاهی به عنوان رگولاتورهای LD0 نامیده می شوند ) با استفاده از یک ترانزیستور PNP یا ماسفت ولتاژ خروج ( رهایی ) خیلی کمتری را مجاز می کنند . رگولاتورهای to0 در ابزارهای تغذیه کننده از طریق باتری که بازده باید حداکثر و اتلاف حرارتی باید حداقل باشد ، استفاده می شوند . مثلا LM330 رگولاتوری با خروجی ۵۷ ولتاژ رهایی ۰۶۷ را تحمل کرده و به آن اجازه می دهد با چهار سلول AAA استفاده شود . در یک رگولاتور LD0 ولتاژ رهایی در واقع با جریان بار تغییر کرده و هنگامی که جریان خروجی حداقل است ممکن است تا یک دهم مقدار ارزیابی شده اش کم شود

اکثر رگولاتورهای خروج کم در بسته بندی های نصب شده بر سطح فروخته می شوند و برای حداکثر خروجی از ۱۰۰mA تا / ۵۰۰m طراحی شده اند . تنها چند استثنا وجود دارد . معمولا نسبت به رگولاتورهایی با مقدار مجاز خروج ۲۷ کمی گران قیمت تر هستند

سه رگولاتور ولتاژ در شکل زیر نشان داده شده اند . از چپ به راست ، ۵۷oc در ۱۸ ۱۲۷oe در ۱۸ و ۵۷ در ۷۰۵A ارزیابی شده اند . دو رگولاتور کوچکتر از سری LM78xX هستند .

رگلاتور ولتاژ از سری LM78xx 

رگولاتور بزرگتر ادعا می کند که ولتاژ رهایی ماکسیمم کم ۱۰۵۷ دارد و ولتاژ خروجی آن می تواند با مقاومت با پتانسیومتر خارجی تنظیم شود .

 رگولاتور خطی شبه LDO

از آنجایی که رگولاتور استاندارد از زوج دارلینگتون به عنوان ترانزیستور گذر و LD0 از یک ترانزیستور PNP استفاده می کند ، به اصطلاح شبه LDO از ترکیب ترانزیستورهای NPN و PNP استفاده کرده و ولتاژ رهایی متوسط ، معمولا حداکثر ۱ ٫ ۵۷۰ دارد . گرچه اصطلاحات LD0 و شبه LD0 در صنعت به طور یکنواخت استفاده نمی شوند . یک تولید کننده رگولاتورهای شبه LDO را به عنوان رگولاتورهای LD0 به بازار عرضه می کند و رگولاتورهای LD0 خود را به عنوان رگولاتورهای خروج بسیار کم توصیف می کند . برای تعیین ویژگیهای واقعی این محصول بدون توجه به طبقه بندی آن ، به برگه مشخصات فنی رجوع کنید .

منبع: