Mạch điện tử - Bộ điều chỉnh

Giai đoạn tiếp theo và cuối cùng trước khi tải, trong hệ thống cung cấp điện là phần Bộ điều chỉnh. Bây giờ chúng ta hãy cố gắng hiểu cơ quan quản lý là gì và nó làm gì.

Một phần của thiết bị điện tử xử lý việc điều khiển và chuyển đổi năng lượng điện có thể được gọi là Power Electronics. Bộ điều chỉnh là một thiết bị quan trọng khi nói đến điện tử công suất vì nó điều khiển sản lượng điện.

Cần một bộ điều chỉnh

Để nguồn điện tạo ra điện áp đầu ra không đổi, bất kể sự biến đổi điện áp đầu vào hay sự thay đổi dòng điện tải, cần có bộ điều chỉnh điện áp.

A voltage regulatorlà một thiết bị duy trì điện áp đầu ra không đổi, thay vì bất kỳ loại dao động nào của điện áp đầu vào đang được áp dụng hoặc bất kỳ sự thay đổi nào về dòng điện do tải tạo ra. Hình ảnh sau đây cho ta biết một bộ điều chỉnh thực tế trông như thế nào.

Các loại điều chỉnh

Bộ điều chỉnh có thể được phân thành các loại khác nhau, tùy thuộc vào hoạt động và loại kết nối của chúng.

Depending upon the type of regulation, bộ điều chỉnh chủ yếu được chia thành hai loại cụ thể là bộ điều chỉnh dòng và tải.

Line Regulator - Bộ điều chỉnh điều chỉnh điện áp đầu ra không đổi, mặc dù dòng đầu vào thay đổi, nó được gọi là Line regulator.
Load Regulator - Bộ điều chỉnh điều chỉnh điện áp đầu ra không đổi, bất chấp sự thay đổi của tải ở đầu ra, nó được gọi là Load regulator.

Depending upon the type of connection, có hai loại điều chỉnh điện áp. họ đang

Bộ điều chỉnh điện áp dòng
Bộ điều chỉnh điện áp Shunt

Sự sắp xếp của chúng trong một mạch sẽ giống như trong các hình sau.

Hãy để chúng tôi xem xét các loại bộ điều chỉnh quan trọng khác.

Bộ điều chỉnh điện áp Zener

Bộ điều chỉnh điện áp Zener là một bộ điều chỉnh sử dụng điốt Zener để điều chỉnh điện áp đầu ra. Chúng ta đã thảo luận về các chi tiết liên quan đến diode Zener trong hướng dẫn ĐIỆN TỬ CƠ BẢN.

Khi diode Zener được vận hành trong sự cố hoặc Zener region, về cơ bản điện áp trên nó là constant cho một large change of currentqua đó. Đặc điểm này làm cho diode Zener trở thànhgood voltage regulator.

Hình sau cho thấy hình ảnh của một bộ điều chỉnh Zener đơn giản.

Điện áp đầu vào được áp dụng $ V_i $ khi tăng vượt quá điện áp Zener $ V_z $, khi đó diode Zener hoạt động trong vùng đánh thủng và duy trì điện áp không đổi trên tải. Điện trở giới hạn loạt $ R_s $ giới hạn dòng đầu vào.

Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp Zener

Diode Zener duy trì điện áp trên nó không đổi bất chấp các biến đổi tải và dao động điện áp đầu vào. Do đó chúng ta có thể xem xét 4 trường hợp để hiểu hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp Zener.

Case 1- Nếu dòng tải $ I_L $ tăng thì dòng qua diode Zener $ I_Z $ giảm để duy trì dòng qua điện trở nối tiếp $ R_S $ không đổi. Điện áp đầu ra Vo phụ thuộc vào điện áp đầu vào Vi và điện áp trên điện trở nối tiếp $ R_S $.

Điều này có thể được viết là

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

Trong đó $ I $ không đổi. Do đó, $ V_o $ cũng không đổi.

Case 2- Nếu dòng tải $ I_L $ giảm, thì dòng điện qua điốt Zener $ I_Z $ tăng lên, vì dòng điện $ I_S $ qua điện trở nối tiếp RS không đổi. Mặc dù dòng điện $ I_Z $ qua điốt Zener tăng lên, nó vẫn duy trì một điện áp đầu ra không đổi $ V_Z $, duy trì điện áp tải không đổi.

Case 3- Nếu điện áp đầu vào $ V_i $ tăng thì dòng điện $ I_S $ qua điện trở nối tiếp RS tăng lên. Điều này làm tăng điện áp rơi trên điện trở, tức là $ V_S $ tăng. Mặc dù dòng điện qua diode Zener $ I_Z $ tăng theo điều này, nhưng điện áp qua diode Zener $ V_Z $ vẫn không đổi, giữ cho điện áp tải đầu ra không đổi.

Case 4- Nếu điện áp đầu vào giảm, dòng qua điện trở nối tiếp giảm làm cho dòng qua diode Zener $ I_Z $ giảm. Nhưng diode Zener duy trì điện áp đầu ra không đổi do đặc tính của nó.

Hạn chế của bộ điều chỉnh điện áp Zener

Có một số hạn chế đối với bộ điều chỉnh điện áp Zener. Họ là -

Nó kém hiệu quả hơn đối với dòng tải nặng.
Trở kháng Zener ảnh hưởng một chút đến điện áp đầu ra.

Do đó bộ điều chỉnh điện áp Zener được coi là hiệu quả cho các ứng dụng điện áp thấp. Bây giờ, chúng ta hãy xem xét các loại điều chỉnh điện áp khác, được làm bằng bóng bán dẫn.

Bộ điều chỉnh điện áp dòng Transistor

Bộ điều chỉnh này có một bóng bán dẫn mắc nối tiếp với bộ điều chỉnh Zener và cả hai mắc song song với tải. Bóng bán dẫn hoạt động như một biến trở điều chỉnh điện áp bộ phát cực thu của nó để duy trì điện áp đầu ra không đổi. Hình dưới đây cho thấy bộ điều chỉnh điện áp loạt bóng bán dẫn.

Với các điều kiện hoạt động đầu vào, dòng điện qua cơ sở của bóng bán dẫn thay đổi. Điều này ảnh hưởng đến điện áp trên đường giao nhau của bộ phát gốc của bóng bán dẫn $ V_ {BE} $. Điện áp đầu ra được duy trì bởi điện áp Zener $ V_Z $ là không đổi. Vì cả hai đều được duy trì bằng nhau, bất kỳ thay đổi nào trong nguồn cung cấp đầu vào đều được biểu thị bằng sự thay đổi điện áp cơ bản của bộ phát $ V_ {BE} $.

Do đó điện áp đầu ra Vo có thể được hiểu là

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

Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp dòng Transistor

Sự làm việc của bộ điều chỉnh điện áp nối tiếp phải được xem xét đối với các biến đổi đầu vào và tải. Nếu tăng điện áp đầu vào thì điện áp đầu ra cũng tăng theo. Nhưng điều này lại làm cho điện áp trên đường giao nhau của bộ thu $ V_ {BE} $ giảm xuống, vì điện áp Zener $ V_Z $ không đổi. Độ dẫn giảm khi điện trở trên vùng thu cực phát tăng. Điều này tiếp tục làm tăng điện áp trên điểm nối bộ phát cực thu VCE do đó làm giảm điện áp đầu ra $ V_O $. Điều này sẽ tương tự khi điện áp đầu vào giảm.

Khi tải thay đổi xảy ra, có nghĩa là nếu điện trở của tải giảm, tăng dòng tải $ I_L $, thì điện áp ra $ V_O $ giảm, làm tăng điện áp cơ sở của máy phát $ V_ {BE} $.

Với sự gia tăng điện áp cơ bản của bộ phát $ V_ {BE} $, độ dẫn điện tăng lên làm giảm điện trở bộ thu phát. Điều này đến lượt nó làm tăng dòng điện đầu vào, bù lại sự suy giảm điện trở tải. Điều này sẽ tương tự khi dòng tải tăng lên.

Hạn chế của bộ điều chỉnh điện áp dòng Transistor

Bộ điều chỉnh điện áp dòng Transistor có những hạn chế sau:

Các điện áp $ V_ {BE} $ và $ V_Z $ bị ảnh hưởng bởi sự gia tăng nhiệt độ.
Không thể điều chỉnh tốt cho dòng điện cao.
Công suất tiêu tán cao.
Công suất tiêu tán cao.
Kém hiệu quả.

Để giảm thiểu những hạn chế này, bộ điều chỉnh shunt bóng bán dẫn được sử dụng.

Transistor Shunt điều chỉnh điện áp

Mạch điều chỉnh shunt bóng bán dẫn được hình thành bằng cách kết nối một điện trở nối tiếp với đầu vào và một bóng bán dẫn có đế và cực thu được kết nối bằng một điốt Zener điều chỉnh, cả hai đều song song với tải. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch của một bộ điều chỉnh shunt bóng bán dẫn.

Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp Shunt Transistor

Nếu điện áp đầu vào tăng, thì $ V_ {BE} $ và $ V_O $ cũng tăng lên. Nhưng điều này xảy ra ban đầu. Trên thực tế khi $ V_ {in} $ tăng lên, thì $ I_ {in} $ hiện tại cũng tăng theo. Dòng điện này khi chạy qua RS, gây ra giảm điện áp $ V_S $ trên điện trở nối tiếp, điện áp này cũng tăng lên với $ V_ {in} $. Nhưng điều này làm cho $ V_o $ giảm. Bây giờ sự sụt giảm $ V_o $ này bù đắp cho mức tăng ban đầu duy trì nó không đổi. Do đó $ V_o $ được duy trì không đổi. Nếu điện áp đầu ra giảm thay vào đó, điều ngược lại sẽ xảy ra.

Nếu điện trở tải giảm, điện áp đầu ra sẽ giảm xuống $ V_o $. Dòng điện qua tải tăng lên. Điều này làm cho dòng điện cơ bản và dòng điện thu của bóng bán dẫn giảm. Điện áp trên điện trở nối tiếp trở nên thấp, do dòng điện chạy nhiều. Dòng điện đầu vào sẽ không đổi.

Điện áp đầu ra xuất hiện sẽ là sự khác biệt giữa điện áp đặt vào $ V_i $ và điện áp nối tiếp giảm $ V_s $. Do đó điện áp đầu ra sẽ được tăng lên để bù lại sự sụt giảm ban đầu và do đó được duy trì không đổi. Điều ngược lại xảy ra nếu điện trở tải tăng lên.

Bộ điều chỉnh IC

Bộ điều chỉnh điện áp hiện có sẵn ở dạng Mạch tích hợp (IC). Chúng được gọi ngắn gọn là IC Regulators.

Cùng với chức năng giống như một bộ điều chỉnh thông thường, một bộ điều chỉnh IC có các đặc tính như bù nhiệt, bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ chống đột biến được tích hợp trong thiết bị.

Các loại bộ điều chỉnh IC

Bộ điều chỉnh IC có thể thuộc các loại sau:

Cố định bộ điều chỉnh điện áp tích cực
Bộ điều chỉnh điện áp âm cố định
Bộ điều chỉnh điện áp có thể điều chỉnh
Bộ điều chỉnh điện áp theo dõi kép

Bây giờ chúng ta hãy thảo luận chi tiết về chúng.

Bộ điều chỉnh điện áp dương cố định

Đầu ra của các bộ điều chỉnh này được cố định ở một giá trị cụ thể và các giá trị này là dương, có nghĩa là điện áp đầu ra được cung cấp là điện áp dương.

Dòng được sử dụng nhiều nhất là dòng 7800 và các IC sẽ giống như IC 7806, IC 7812 và IC 7815, v.v. cung cấp điện áp đầu ra tương ứng là + 6v, + 12v và + 15v. Hình dưới đây cho thấy IC 7810 được kết nối để cung cấp điện áp đầu ra tích cực 10v cố định.

Trong hình trên, tụ điện đầu vào $ C_1 $ được sử dụng để ngăn các dao động không mong muốn và tụ điện đầu ra $ C_2 $ hoạt động như một bộ lọc dòng để cải thiện phản ứng thoáng qua.

Bộ điều chỉnh điện áp âm cố định

Đầu ra của các bộ điều chỉnh này được cố định ở một giá trị cụ thể và các giá trị là âm, có nghĩa là điện áp đầu ra được cung cấp là điện áp âm.

Dòng được sử dụng nhiều nhất là dòng 7900 và các IC sẽ giống như IC 7906, IC 7912 và IC 7915, v.v. cung cấp điện áp đầu ra -6v, -12v và -15v tương ứng. Hình bên dưới cho thấy IC 7910 được kết nối để cung cấp điện áp đầu ra âm 10v cố định.

Bộ điều chỉnh điện áp có thể điều chỉnh

Một bộ điều chỉnh điện áp có thể điều chỉnh có ba đầu nối IN, OUT và ADJ. Các thiết bị đầu cuối đầu vào và đầu ra là phổ biến trong khi đầu cuối điều chỉnh được cung cấp một điện trở thay đổi cho phép đầu ra thay đổi giữa một phạm vi rộng.

Hình trên cho thấy một nguồn điện không được điều chỉnh dẫn động một bộ điều chỉnh IC điều chỉnh LM 317 thường được sử dụng. LM 317 là bộ điều chỉnh điện áp có thể điều chỉnh tích cực ba đầu cuối và có thể cung cấp dòng tải 1,5A trên phạm vi đầu ra có thể điều chỉnh từ 1,25v đến 37v.

Bộ điều chỉnh điện áp theo dõi kép

Bộ điều chỉnh theo dõi kép được sử dụng khi cần điện áp nguồn phân chia. Chúng cung cấp điện áp đầu ra âm và dương bằng nhau. Ví dụ, IC RC4195 cung cấp đầu ra DC là + 15v và -15v. Điều này cần hai điện áp đầu vào không được kiểm soát như đầu vào tích cực có thể thay đổi từ + 18v đến + 30v và đầu vào âm có thể thay đổi từ -18v đến -30v.

Hình ảnh trên cho thấy một bộ điều chỉnh IC RC4195 theo dõi kép. Các bộ điều chỉnh xếp chồng kép có thể điều chỉnh cũng có sẵn có đầu ra khác nhau giữa hai giới hạn định mức.