Elektronik Devreler - Regülatörler

Bir güç kaynağı sisteminde yükten önceki sonraki ve son aşama Regülatör kısmıdır. Şimdi bir düzenleyicinin ne olduğunu ve ne yaptığını anlamaya çalışalım.

Elektroniğin elektrik gücünün kontrolü ve dönüşümü ile ilgilenen kısmı şu şekilde adlandırılabilir: Power Electronics. Bir regülatör, güç çıkışını kontrol ettiği için güç elektroniği söz konusu olduğunda önemli bir cihazdır.

Düzenleyici İhtiyaç

Bir Güç kaynağının, giriş voltajı değişimlerinden veya yük akımı varyasyonlarından bağımsız olarak sabit bir çıkış voltajı üretmesi için bir voltaj regülatörüne ihtiyaç vardır.

Bir voltage regulatorUygulanan giriş voltajındaki her türlü dalgalanma veya yük tarafından çekilen akımdaki herhangi bir değişiklik yerine sabit çıkış voltajını koruyan böyle bir cihazdır. Aşağıdaki görüntü, pratik bir düzenleyicinin neye benzediğine dair bir fikir vermektedir.

Düzenleyici Türleri

Düzenleyiciler, çalışmalarına ve bağlantı türlerine bağlı olarak farklı kategorilere ayrılabilir.

Depending upon the type of regulationregülatörler esas olarak hat ve yük regülatörleri olmak üzere iki türe ayrılır.

Line Regulator - Giriş hattı değişikliklerine rağmen çıkış geriliminin sabit olmasını düzenleyen regülatöre denir. Line regulator.
Load Regulator - Çıkış geriliminin sabit olmasını düzenleyen regülatör, çıkıştaki yükte değişikliklere rağmen, Load regulator.

Depending upon the type of connectioniki tip voltaj regülatörü vardır. Onlar

Seri voltaj regülatörü
Şönt voltaj regülatörü

Bunların bir devrede düzenlenmesi aşağıdaki şekillerde olduğu gibi olacaktır.

Diğer önemli regülatör türlerine bir göz atalım.

Zener Voltaj Regülatörü

Bir Zener voltaj regülatörü, çıkış voltajını düzenlemek için Zener diyot kullanan bir regülatördür. Zener diyotla ilgili ayrıntıları BASIC ELECTRONICS eğitiminde zaten tartışmıştık.

Zener diyot arızada çalıştırıldığında veya Zener region, karşısındaki voltaj büyük ölçüde constant için large change of currentiçinden. Bu özellik, Zener diyotunugood voltage regulator.

Aşağıdaki şekil basit bir Zener regülatörünün bir görüntüsünü göstermektedir.

Uygulanan giriş voltajı $ V_i $, Zener voltajı $ V_z $ 'ın ötesine yükseltildiğinde, Zener diyotu arıza bölgesinde çalışır ve yük boyunca sabit voltajı korur. Seri sınırlama direnci $ R_s $ giriş akımını sınırlar.

Zener Voltaj Regülatörünün Çalışması

Zener diyotu, yük değişikliklerine ve giriş voltajı dalgalanmalarına rağmen voltajı sabit tutar. Bu nedenle, bir Zener voltaj regülatörünün çalışmasını anlamak için 4 durumu ele alabiliriz.

Case 1- Yük akımı $ I_L $ artarsa, Zener diyotu $ I_Z $ üzerinden akım, seri direnç $ R_S $ boyunca akımı sabit tutmak için azalır. Çıkış voltajı Vo, giriş voltajı Vi ve seri direnç $ R_S $ üzerindeki voltaja bağlıdır.

Bu şu şekilde yazılabilir

$$ V_o = V_ {in} -IR_ {s} $$

$ I $ sabit olduğunda. Bu nedenle, $ V_o $ da sabit kalır.

Case 2- Yük akımı $ I_L $ azalırsa, mevcut $ I_S $ ile RS serisi direnci sabit kaldığından, Zener diyotu $ I_Z $ üzerinden akım artar. Zener diyotundan geçen akım $ I_Z $ artmasına rağmen, yük voltajını sabit tutan sabit bir çıkış voltajı $ V_Z $ tutar.

Case 3- $ V_i $ giriş voltajı artarsa, RS seri direnci üzerinden mevcut $ I_S $ artar. Bu direnç boyunca voltaj düşüşünü artırır, yani $ V_S $ artar. Zener diyodundan $ I_Z $ geçen akım bununla artmasına rağmen, Zener diyodu $ V_Z $ üzerindeki voltaj sabit kalır ve çıkış yük voltajını sabit tutar.

Case 4- Giriş voltajı azalırsa, seri dirençten geçen akım azalır ve bu da Zener diyot $ I_Z $ üzerinden geçen akımın azalmasına neden olur. Ancak Zener diyot, özelliği nedeniyle çıkış voltajını sabit tutar.

Zener Voltaj Regülatörünün Sınırlamaları

Bir Zener voltaj regülatörü için birkaç sınırlama vardır. Onlar -

Ağır yük akımları için daha az verimlidir.
Zener empedansı, çıkış voltajını biraz etkiler.

Bu nedenle, bir Zener voltaj regülatörünün düşük voltaj uygulamaları için etkili olduğu düşünülmektedir. Şimdi, transistörler kullanılarak yapılan diğer voltaj regülatörlerine geçelim.

Transistör Serisi Voltaj Regülatörü

Bu regülatör, Zener regülatörüne seri olarak ve her ikisi de yüke paralel bir transistöre sahiptir. Transistör, çıkış voltajını sabit tutmak için kollektör yayıcı voltajını düzenleyen değişken bir direnç olarak çalışır. Aşağıdaki şekil, transistör serisi voltaj regülatörünü göstermektedir.

Giriş çalışma koşullarıyla, transistörün tabanından geçen akım değişir. Bu, $ V_ {BE} $ transistörünün temel yayıcı bağlantısındaki voltajı etkiler. Çıkış voltajı, sabit olan Zener voltajı $ V_Z $ tarafından korunur. Her ikisi de eşit tutulduğundan, giriş kaynağındaki herhangi bir değişiklik, yayıcı baz voltajındaki $ V_ {BE} $ değişiklik ile gösterilir.

Dolayısıyla çıkış voltajı Vo şu şekilde anlaşılabilir:

$$ V_O = V_Z + V_ {BE} $$

Transistör Serisi Voltaj Regülatörünün Çalışması

Seri voltaj regülatörünün çalışması, giriş ve yük değişimleri için dikkate alınacaktır. Giriş voltajı artarsa, çıkış voltajı da artar. Ancak bu da, Zener gerilimi $ V_Z $ sabit kaldığından, kolektör taban bağlantısındaki $ V_ {BE} $ gerilimin düşmesine neden olur. Verici toplayıcı bölgesindeki direnç arttıkça iletim azalır. Bu, kollektör yayıcı bağlantısı VCE boyunca voltajı daha da artırır, böylece çıkış voltajını $ V_O $ azaltır. Giriş voltajı düştüğünde bu benzer olacaktır.

Yük değişiklikleri meydana geldiğinde, yani yükün direnci azalırsa, yük akımı $ I_L $ artarsa, çıkış voltajı $ V_O $ azalır ve emitör baz voltajı $ V_ {BE} $ artar.

Verici temel geriliminin $ V_ {BE} $ artmasıyla, iletim artarak yayıcı kollektör direncini azaltır. Bu da yük direncindeki azalmayı telafi eden giriş akımını artırır. Yük akımı arttığında bu benzer olacaktır.

Transistör Serisi Voltaj Regülatörünün Sınırlamaları

Transistör Serisi Voltaj Regülatörleri aşağıdaki sınırlamalara sahiptir -

$ V_ {BE} $ ve $ V_Z $ voltajları sıcaklık artışından etkilenir.
Yüksek akımlar için iyi bir düzenleme mümkün değildir.
Güç dağılımı yüksektir.
Güç dağılımı yüksektir.
Daha az verimli.

Bu sınırlamaları en aza indirmek için transistör şönt regülatörü kullanılır.

Transistör Şönt Voltaj Regülatörü

Bir transistör şönt regülatör devresi, girişe seri olarak bir direnç ve tabanı ve toplayıcısı, yüke paralel olarak düzenleyen bir Zener diyot ile bağlanan bir transistörün bağlanmasıyla oluşturulur. Aşağıdaki şekil, bir transistör şönt regülatörünün devre şemasını göstermektedir.

Transistör Şönt Voltaj Regülatörünün Çalışması

Giriş voltajı artarsa, $ V_ {BE} $ ve $ V_O $ da artar. Ancak bu başlangıçta olur. Aslında $ V_ {in} $ arttığında, mevcut $ I_ {in} $ da artar. Bu akım RS üzerinden akarken, seri direnç boyunca bir voltaj düşüşüne $ V_S $ neden olur ve bu da $ V_ {in} $ ile artar. Ancak bu, $ V_o $ 'nın azalmasını sağlar. Şimdi $ V_o $ 'daki bu düşüş, sabit kalmasını sağlayarak ilk artışı telafi ediyor. Dolayısıyla $ V_o $ sabit tutulur. Bunun yerine çıkış voltajı azalırsa, tersi olur.

Yük direnci azalırsa, $ V_o $ çıkış geriliminde azalma olmalıdır. Yükten geçen akım artar. Bu, transistörün taban akımının ve kolektör akımının azalmasını sağlar. Akım yoğun bir şekilde akarken, seri direnç üzerindeki voltaj düşer. Giriş akımı sabit olacaktır.

Görünen çıkış voltajı, uygulanan voltaj $ V_i $ ile seri voltaj düşüşü $ V_s $ arasındaki fark olacaktır. Bu nedenle, ilk düşüşü telafi etmek için çıkış voltajı artırılacak ve dolayısıyla sabit tutulacaktır. Yük direnci artarsa bunun tersi olur.

IC Düzenleyiciler

Voltaj Regülatörleri artık Entegre Devreler (IC'ler) şeklinde mevcuttur. Bunlar kısaca IC Düzenleyicileri olarak adlandırılır.

Normal bir regülatör gibi işlevselliğin yanı sıra, bir IC regülatörü, cihaza yerleşik termal kompanzasyon, kısa devre koruması ve aşırı gerilim koruma gibi özelliklere sahiptir.

IC düzenleyici türleri

IC düzenleyicileri aşağıdaki türlerde olabilir -

Sabit Pozitif voltaj regülatörleri
Sabit Negatif voltaj regülatörleri
Ayarlanabilir voltaj regülatörleri
Çift izleme voltaj regülatörleri

Şimdi bunları ayrıntılı olarak tartışalım.

Sabit Pozitif Voltaj Regülatörü

Bu regülatörlerin çıkışı belirli bir değere sabitlenmiştir ve değerler pozitiftir, bu da sağlanan çıkış voltajının pozitif voltaj olduğu anlamına gelir.

En çok kullanılan seri 7800 serisidir ve IC'ler, çıkış gerilimi olarak sırasıyla + 6v, + 12v ve + 15v sağlayan IC 7806, IC 7812 ve IC 7815 vb. Olacaktır. Aşağıdaki şekil, sabit bir 10v pozitif regüle çıkış voltajı sağlamak için bağlanan IC 7810'u göstermektedir.

Yukarıdaki şekilde, giriş kondansatörü $ C_1 $ istenmeyen salınımları önlemek için kullanılır ve çıkış kondansatörü $ C_2 $, geçici yanıtı iyileştirmek için bir hat filtresi görevi görür.

Sabit Negatif Voltaj Regülatörü

Bu regülatörlerin çıkışı belirli bir değere sabitlenmiştir ve değerler negatiftir, bu da sağlanan çıkış voltajının negatif voltaj olduğu anlamına gelir.

En çok kullanılan seri 7900 serisidir ve IC'ler, çıkış voltajları olarak sırasıyla -6v, -12v ve -15v sağlayan IC 7906, IC 7912 ve IC 7915 vb. Olacaktır. Aşağıdaki şekil, sabit bir 10v negatif regüle çıkış voltajı sağlamak için bağlanan IC 7910'u göstermektedir.

Ayarlanabilir Voltaj Regülatörleri

Ayarlanabilir voltaj regülatörünün IN, OUT ve ADJ olmak üzere üç terminali vardır. Giriş ve çıkış terminalleri yaygındır, oysa ayarlanabilir terminal, çıkışın geniş bir aralık arasında değişmesine izin veren değişken bir dirençle sağlanır.

Yukarıdaki şekil, yaygın olarak kullanılan bir LM 317 ayarlanabilir IC regülatörünü çalıştıran düzensiz bir güç kaynağını göstermektedir. LM 317, üç terminalli pozitif ayarlanabilir voltaj regülatörüdür ve 1,25v ila 37v arasında ayarlanabilir bir çıkış aralığı üzerinden 1,5A yük akımı sağlayabilir.

Dual-Tracking Voltaj Regülatörleri

Bölünmüş besleme voltajlarına ihtiyaç duyulduğunda ikili izleme regülatörü kullanılır. Bunlar eşit pozitif ve negatif çıkış voltajları sağlar. Örneğin RC4195 IC, + 15v ve -15v DC çıkışları sağlar. Bu, pozitif giriş + 18v ila + 30v arasında değişebilir ve negatif giriş -18v ila -30v arasında değişebilir gibi iki düzensiz giriş voltajına ihtiyaç duyar.

Yukarıdaki görüntü bir çift izleme RC4195 IC regülatörünü göstermektedir. Ayarlanabilir dual-tacking regülatörleri, çıkışları iki nominal limit arasında değişen de mevcuttur.