3 Uçlu Sabit Voltaj Regülatörleri - Çalışma ve Uygulama Devreleri

Günümüzde mevcut olan popüler 3 terminalli sabit regülatörler, 5 V, 9 V, 12 V, 15 V ve 24 V sabit voltaj çıkışlarına karşılık gelen IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 ve IC 7824 biçimindedir. .

Bunlara sabit denir voltaj regülatörleri çünkü bu IC'ler, çok daha yüksek düzensiz DC giriş voltajına yanıt olarak mükemmel stabilize edilmiş sabit DC çıkış voltajları üretebilmektedir.

Bu yüksek kaliteli monolitik voltaj regülatörleri, günümüzde çok ucuza satın alınabilmektedir; bu, bina ile karşılaştırıldığında normalde daha az maliyetli ve çalışması daha az karmaşıktır. ayrık regülatör devresi eşdeğerler.

Bu IC'lerin uygulandığı standart yöntemi gösteren aşağıdaki devre şemasında görülebileceği gibi, bu 3 terminalli regülatörlerin bağlanması inanılmaz derecede kolaydır.

IC'nin üç terminali, açık nedenlerle isimlerle belirtilmiştir. giriş, ortak ve çıkış .

Besleme pozitif ve negatif, sırasıyla IC'nin giriş ve ortak terminallerine bağlanırken, düzenlenmiş stabilize voltaj, çıkış ve ortak terminaller boyunca elde edilir.

İsteğe bağlı olarak talep edilen tek ayrık harici parça, IC'nin giriş ve çıkış uçlarındaki bir kapasitördür. Bu kapasitörler, aygıtın çıkış düzenleme düzeyini artırmak ve geçici yanıtı iyileştirmek için gereklidir. Bu kapasitörlerin mikrofarad değerleri genellikle kritik değildir ve bu nedenle normalde 100 nf, 220 nf veya 330 nf arasında herhangi bir değerdir.

78XX Serisi Regülatör Tipleri

en popüler ve yaygın olarak kullanılan sabit voltaj türleri monolitik voltaj regülatörleri 78XX serisi pozitif regülatörler ve 79XX serisi negatif regülatörlerdir.

Bunlar 3 çıkış akımı özellikleriyle bulunur. Aşağıdaki grafikte gösterildiği gibi size 9 pozitif tür ve dokuz 9 negatif varyant türü sağlarlar.

Bu 78XX serisi IC'ler, hem pozitif hem de negatif formlarda ek voltaj derecelendirmeleri ile birlikte gelir. Bu 78XX regülatörleri için standart aralıklar, IC 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824 IC'lere karşılık gelen 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V ve 24 V'dir.

Bu cihazların çoğu, üreticiye veya marka türüne bağlı olarak, basılı numaralarıyla birlikte son ek karakterleri veya rakamlar taşır.

Bununla birlikte, hepsi özdeş derecelendirme ile aynıdır. Birkaç parça satıcıları aslında bu IC'leri tip numarasına göre desteklemeyecek, bunun yerine sadece kutuplarını, voltajlarını ve akım özelliklerini ve bazen de paket stillerine atıfta bulunarak belirteceklerdir.

Ana Özellikler

Bu IC'ler, çıkış yükü için dahili akım sınırlama ve kısa devre korumasına sahiptir. Orta ve yüksek güçlü 78XX serisi regülatörlerde bu özellik genellikle katlanır tiptedir. Geri dönüş akımı sınırlaması, bir çıkış aşırı yükünün, otomatik bir akım sınırlamasına bağlı olarak çıkış akımı tarafından basitçe yanıtlanmadığı bir durumdur.

Foldback Akım Sınırı nedir

Bir geri katlama akımı sınırlama devresinin geri katlanma reaksiyonu, çıkış akımının aşırı yük koşulları altında tipik olarak ideal çıkış akımının% 50'sinden daha azına nasıl en aza indirdiğini açıkça gösteren aşağıdaki şekilde görülebilir. Katlama akımı sınırlamasının kullanılmasının birincil nedeni, kısa devre durumları altında regülatör içindeki yayılmayı önemli ölçüde azaltmasıdır.

Katlanma akımı sınırlama tepkisi aşağıdaki açıklamadan anlaşılabilir:

10 V girişli 7805 IC'ye sahip olduğumuzu ve çıkış terminallerinde kısa devreye girdiğini varsayalım. Bu durumda, IC'nin çıkışını sınırlayan sıradan akım türü altında, 10 watt'lık bir dağılım veren 1 amperlik akım üretmeye devam edecektir. Ancak kısa devre akımını sınırlayan özel bir geri dönüş akımı ile yaklaşık 400 mA ile sınırlanabilir ve bu da cihazda yalnızca 4 watt'lık bir dağılımla sonuçlanır.

Termal Kapatma Özelliği

Monolitik voltaj regülatörlerinin çoğu aynı şekilde dahili bir termal kapatma koruma devresine sahiptir. Bu özellik, cihazın aşırı ısınma durumundan geçmesi durumunda çıkış akımını azaltmaya yardımcı olur.

Bu tip voltaj regülatör IC'leri sonuç olarak son derece sağlamdır ve yanlış kullanılsa bile asla kolayca zarar görmez. Bununla birlikte, yok edilebilmelerinin bir yolu, belirtilen aralıktan daha yüksek bir giriş besleme voltajının uygulanmasıdır.

Aynı standart tipteki bu IC'ler için farklı tedarikçiler tarafından belirlenen maksimum tolere edilebilir giriş voltajlarında varyasyonlar bulacaksınız, ancak görünüşe göre herhangi bir 5 voltluk cihaz için önerilen minimum aralık 25 volttur (7805). Daha büyük voltaj regülatörleri minimum 30 volt işleyebilirken, 20 ve 24 voltluk çeşitler için giriş aralığı 40 volta kadardır.

Devrenin doğru çalışması için, giriş voltajının gerekli 5 V çıkışın 2 V üzerinde olması gereken 7805 regülatörü hariç olmak üzere, giriş voltajı gereken çıkış voltajından 2,5 volt daha yüksek olmalıdır, yani minimum 7 V olmalıdır.

Yüksüz Bekleme Akımı

Çıkışta herhangi bir yük olmaksızın bu IC'lerin durgun akımı veya boşta akım tüketimi 1 ile 5 mA arasında olabilir, ancak bazı çok yüksek güç varyantlarında bu 10 mA'ya kadar çıkabilir.

Hat ve Yük Düzenleme

Tüm 78XX regülatör IC'leri için hat düzenlemesi% 1'den küçüktür. Yani, çıkış voltajı, maksimum ve minimum giriş voltajı aralığındaki giriş voltajı değişimine bakılmaksızın% 1'den daha az bir değişiklik gösterebilir.

Yük regülasyonu da normalde bu cihazların çoğu için% 1'den düşüktür. Bu özellikler, çıkışın, çıkış yükleme koşullarından bağımsız olarak nominal sabit çıkış voltajını sağlamaya devam etmesini sağlar.

Bu regülatör IC'lerin çoğu için dalgalanma reddi özelliği, 100 mikrovolt'tan daha düşük olabilen bir çıkış gürültü seviyesi ile birlikte 60 dB civarındadır.

Güç dağılımı

Bu 78XX düzenleyici IC'leri kullandığınızda, bu IC'lerin yalnızca sınırlı miktarda güç dağılımını kaldıracak şekilde derecelendirildiğini hatırlamanız gerekir. Bu nedenle, en yüksek çıkış yükü altında, giriş voltajının maksimum tolere edilebilir giriş sınırından birkaç volt daha yüksek bir değeri aşmasına asla izin verilmemelidir.

Düşük, orta ve yüksek güçlü 78XX cihaz serileri için normal oda sıcaklığında (25 santigrat derece) maksimum güç dağılımı sırasıyla 0,7 watt, 1 watt ve 2 watt'tır.

Yukarıdaki sınırlama, cihazlar büyük ölçüde büyük bir soğutucu üzerine monte edilirse, sırasıyla 1.7 watt, 5 watt ve 15 watt'a önemli ölçüde iyileştirilebilir. Tüm bu regülatör cihazlarında harcanan güç, çıkış akımı ile çarpılan giriş ve çıkış voltajları arasındaki farkla orantılıdır.

78XX IC'lere Soğutucu Nasıl Uygulanır

Bu durumda, cihaz yaklaşık 800 mA'da tam olarak yüklendiğinde, cihazdan yayılma 4 watt (0.8A x 5V = 4W) kadar olabilir.

Bu 7815 cihazı için izin verilen maksimum 2 watt PD'den iki kat daha fazla görünüyor. Bu, fazladan 2 watt'ın bir soğutucu aracılığıyla telafi edilmesi gerektiği anlamına gelir.

Piyasada genel olarak geniş bir soğutucu yelpazesi mevcuttur ve bunlar belirli bir derece / watt derecesiyle tanımlanır.

Bu derecelendirme, temel olarak, soğutucu aracılığıyla dağıtılan her bir watt gücün neden olduğu sıcaklık artışını gösterir. Bu aynı zamanda daha büyük soğutucu için watt başına derecelerin orantılı olarak daha düşük olacağını gösterir.

78xx regülatör cihazı için gerekli olan en düşük soğutma boyutu aşağıdaki şekilde belirlenebilir.

Öncelikle cihazın kullanıldığı yerdeki nominal atmosfer sıcaklığını bulmalıyız. Cihazın alışılmadık derecede sıcak bir ortamda kullanılması olasılığının dışında, yaklaşık 30 santigrat derecelik bir rakam makul bir varsayım olarak kabul edilebilir.

Güvenli Sıcaklık Değerlendirmesi

Daha sonra, belirli 78XX düzenleyici IC için maksimum güvenli sıcaklık derecesini öğrenmek gerekli olabilir. Monolitik 78XX düzenleyiciler için bu aralık 125 Santigrat derece olabilir. Bunu söyledikten sonra, bu aslında bağlantı sıcaklığıdır ve IC'nin dayanabileceği durum sıcaklığı değildir.

Mutlak maksimum izin verilen kasa sıcaklığı yaklaşık 100 santigrat derecedir. Bu nedenle, cihaz sıcaklığının 70 santigrat derecenin (100 - 30 = 70) üzerine çıkmasına izin vermemek önemli hale gelir.

2 watt'lık bir güç, maksimum 70 derecelik bir sıcaklık artışına neden olabileceğinden, 35 derece Santigrat / watt veya daha az (70 derece, 2 watt'a bölünmüş = 35 derece C / watt) dağılacak şekilde derecelendirilmiş bir soğutucu iyi olacaktır. yeter.

Pratik olarak, ısı transferi çoğu durumda asla çok verimli olmadığından, nispeten daha büyük bir soğutucu kullanılmalıdır.

Ayrıca, uzun süreli bir stabilite elde etmek için, cihazın ideal olarak maksimum izin verilebilir sıcaklık aralığının biraz altında çalıştırılması sağlanmalıdır.

Mümkünse, +/- 20 derece veya daha fazla makul bir kenar boşluğu sağlayın.

Regülatör IC, bir konteynerin içine yerleştirildiğinde ve serbest atmosferden uzakta kapatıldığında, konteynerdeki hapsolmuş havanın regülatör yayılımı tarafından ısınmasına neden olabilir. Bu da PCB üzerindeki diğer hassas parçaların daha sıcak koşullarda çalışmasına neden olabilir. Bu tür bir durum, IC regülatörü için daha büyük bir soğutucu gerektirebilir.

Uygulama Devreleri

Sabit voltajlı 78XX monolitik voltaj regülatörü kullanan bir güç kaynağının tipik bir uygulama devresi aşağıda görülebilir.

Bu tasarımda 7815 IC, yaklaşık 800 mA akımda bize yaklaşık +15 volt sağlayan regülatör IC olarak kullanılmıştır.

Kullanılan transformatör, 1 amper akım değerine sahip sekonder için 18-0 - 18V ile derecelendirilmiştir.

C1'den süzüldükten sonra yaklaşık 27 V Dc'lik bir yüksüz gerilim sağlayan bir itme-çekme tam dalgalı doğrultucuya bağlanır.

Kapasitörler C2 ve C3, IC'nin gövdesine nispeten daha yakın takılması gereken giriş ve çıkış ayırma kapasitörleri gibi çalışır. Çıkış yükü dolduğunda, IC1'e uygulanan giriş voltajının, regülatörün giriş / çıkışında yaklaşık 5 voltluk bir farka izin vererek 19 ila 20 voltluk bir seviyeye ulaştığını göreceksiniz.

İkili Güç Kaynağı Devresi Nasıl Yapılır

Sabit voltaj 78XX monolitik regülatörleri hem negatif hem de pozitif varyantlarda satın alınabildiğinden, uygulama için mükemmel görünüyorlar çift ​​dengeli güç kaynakları .

Örneğin, bir işletim için düzenlenmiş bir tedarik gerektiğinde op amp tabanlı devre 100 mA'da 12 voltluk pozitif ve negatif kaynaklarla, aşağıdaki şekilde gösterilen tasarım uygulanabilir.

Bu örnekte T1, 200 mA veya daha fazla sekonder akım derecesine sahip 15-0-15 voltluk bir transformatördür. Size pozitif bir çıktı veren birkaç itme-çekme tam dalga doğrultucu D2 ve D3 bulabilirsiniz.

D1, D4 ile birlikte negatif bir çıktı sağlar. Negatif hat temizlenir ve C2 ile filtrelenirken pozitif besleme C1 ile filtrelenir.

IC1 size düzenlenmiş bir pozitif besleme çıkışı verirken, IC2 bir negatif besleme regülatörü gibi çalışır. C3 ila C6, ani yükselmelere, gürültüye ve geçişlere daha iyi yanıt verme açısından çıkış verimliliğini artırmak için dekuplaj kapasitörleri gibi konumlandırılmıştır.

Seri Regülatör Devresi kullanarak Daha Yüksek Çıkış Voltajı

Yukarıda gösterilen konfigürasyon, iki regülatörün birleşik voltaj değerlerini elde etmek için de kullanılabilir. Yani, 79L12 78L12 regülatör ile değiştirilirse çıkışın 24V olmasını sağlayacaktır.

Böyle bir konfigürasyonda, 0V hattı göz ardı edilebilir ve + 24V çıkışına doğrudan çıkışın pozitif ve negatif hatları üzerinden erişilebilir.

Seri Diyot Devresi Kullanarak Daha Yüksek Çıkış Voltajı

IC'nin topraklama pimi ile toprak hattı arasında bir miktar doğrultucu diyot kullanarak çıkışta küçük bir voltaj artışı elde etmek aslında çok kolaydır.

Bu yaklaşım, kullanıcının herhangi bir hazır regülatör cihazından doğrudan elde edilemeyen biraz daha yüksek voltaj seviyesine erişmesini sağlar.

Bu konfigürasyonu kablolamanın kesin tekniği aşağıdaki görüntüde açıklanabilir.

Bu örnekte, gerekli çıkış voltajının yaklaşık 6V olduğunu tahmin ettik ve aynısını çıkışı 1 volt artırarak 5 voltluk bir regülatör IC aracılığıyla uyguladık.

Görülebileceği gibi, bu 1 V yükseklik, regülatörün ortak ucu ile birkaç dizi doğrultucu diyotun basitçe birleştirilmesiyle etkili bir şekilde elde edilir.

Doğrultucular, regülatör tarafından kullanılan ve cihazın ortak GND terminali aracılığıyla hareket eden hareketsiz akım yoluyla ileriye dönük olduklarından emin olmak için kablolanmıştır.

Sonuç olarak ekli diyotlar bir şekilde düşük voltaj zener diyotları gibi davranır, burada her diyot yaklaşık 0,5 ila 0,6 volt düşer ve yaklaşık 1 ila 1,2 voltluk bir kombine zener voltajı sağlar.

Tasarımın amacı, regülatörün ortak terminalini toprak besleme potansiyelinin 1 volt üzerine çıkarmaktır. Burada regülatör 7805 IC, nominal çıkışı toprak hattının 5 V üzerinde sabitler, bu nedenle, toprak terminalini yaklaşık 1 V yükselterek, çıkış da aynı büyüklükte kaldırılır ve çıkışın da yaklaşık olarak regüle edilmesine neden olur. 6 V seviyesi. Bu prosedür, her üç terminal 78XX voltaj regülatör IC'siyle son derece iyi çalışır.

Diyotlar için Öngerilim Direnci

Bununla birlikte, bazı durumlarda, hedeflenen sonuçlar için en iyi şekilde davranabilmeleri için diyotlara bir miktar ekstra akım sağlamak için GND'ye ve IC'nin çıkış pinine harici bir direnç eklemeniz gerekebilir.

Her doğrultucu diyot, yaklaşık olarak 0.65 V'luk bir ileri düşüşü kolaylaştıracağından, seri olarak daha fazla bu tür diyot hesaplayarak, IC çıkışı boyunca orantılı olarak daha yüksek bir yükseltilmiş voltaj seviyesi elde edebiliriz.

Bununla birlikte, bunun gerçekleşmesi için giriş seviyesinin nihai tahmini çıktı seviyesinden en az 3V daha yüksek olması gerekir. 1N4148 gibi silikon diyotlar uygulama için oldukça iyi çalışacaktır.

Alternatif olarak, diyotlar kullanışsız görünüyorsa, aşağıdaki örnekte gösterildiği gibi aynı etkiyi elde etmek için tek bir eşdeğer zener diyot da kullanılabilir.

Bunu söyledikten sonra, lütfen prosedürün cihazın gerçek değerinden 3 V'den daha yüksek olmamak için uygulandığından emin olun. Bu seviyenin ötesinde çıktı stabilizasyonu etkilenebilir.

Akım Kapasitesini Artırma

78XX regülatöründe başka bir büyük değişiklik, cihazın maksimum derecelendirmesinden daha yüksek bir çıkış akımı elde etmek için uygulanabilir.

Bunu yapmanın bir yöntemi aşağıda gösterilmiştir.

Belirtilen R1 ve R2 konfigürasyon oranı, R1, D1 ve regülatörden geçen her miliamper akım için 4 mA'dan fazla akımın Tr1 ve R2 aracılığıyla kaydırılmasını sağlar.

Sonuç olarak, IC1 üzerinden tam 1 amper kullanıldığında, Tr1 üzerinden 4 amperden fazla geçen bir akıma sahibiz. Bu durum, devrenin 5 amperden biraz daha yüksek olan optimum bir çıkış akımı sağlamasına izin verir.

Aşırı yük koşullarında bile, Tr1 ve IC1'den geçen akımlar 4: 1'den biraz daha yüksek bir orana sahip olmaya devam eder, bu nedenle IC'nin mevcut sınırlayıcı özelliği sorunsuz çalışmaya devam eder.

Bu formdaki devrelerin, günümüzde mevcut olması nedeniyle aslında gereksiz olduğu kanıtlanmıştır. daha yüksek güç düzenleyici cihazlar 78H05, 781-112 vb. gibi maksimum 5 amper akım değeriyle gelir ve kullanıcının bunları tam olarak düşük akım benzerleriyle aynı kolaylıkla yapılandırmasını sağlar.