رگولاتور ولتاژ ثابت سری 78xx

رگولاتور ولتاژ ثابت سری 78xx:
رگولاتورهای ولتاژ تنوع گسترده ای دارند و در بسته های TO-220 استاندارد موجود هستند.

محبوب ترین رگولاتورهای ولتاژ ثابت، رگولاتورهای مثبت سری 78xx هستند که مدل بسیار رایج 7805 (رگولاتور ولتاژ ثابت 5+ ولت) تا مدل 7824 (رگولاتور ولتاژ ثابت 24+ ولت) در درسترس هستند.

سری 79xx نیز وجود هستند که رگولاتورهای ولتاژ ثابت منفی اند و ولتاژ مکمل 5- تا 24- ولت را تولید می کنند، اما در این مطلب تنها به سری مثبت 78xx می پردازیم.

رگولاتور سه ترمیناله ثابت در کاربردهایی مفید است که به خروجی قابل تنظیم نیازی نیست و خروجی مورد نظر تنها به رگولاتور انتخابی بستگی دارد.

این رگولاتورها از آن جهت سه ترمیناله نامیده می شوند که تنها سه ترمینال برای اتصالشان وجود دارد و این سه ترمینال «ورودی» (Input)، «مشترک» (Common) و «خروجی» (Output) هستند.

ولتاژ ورودی رگولاتور 12+ ولت است که با سیم زرد از منبع تغذیه (یا منبع ترانسفورماتور جدا) می آید و بین ترمینال های ورودی و مشترک قرار می گیرد. 9+ ولت پایدار خروجی و مشترک در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل 1: مدار رگولاتور ولتاژ

فرض کنید می خواهیم ولتاژ خروجی 9+ ولت را از منبع تغذیه بگیریم. تنها کاری که باید انجام دهیم، اتصال یک رگولاتور ولتاژ 9+ ولت به سیم زرد 12+ ولت است.

همان طور که منبع تغذیه قبلاً اصلاح و صاف کردن خروجی 12+ ولت را انجام داده است، تنها اجزای اضافه مورد نیاز یک خازن در ورودی و یک خازن در خروجی است.

این خازن های اضافه به پایداری رگولاتور کمک می کنند و می توانند در هر مقداری بین 100 نانوفاراد و 330 نانوفاراد باشند.

خازن خروجی 100 میکروفارادی به صاف کردن ریپل ذاتی کمک می کند و به آن پاسخی گذرا می دهد. این خازن بزرگ که در خروجی مدار منبع تغذیه قرار دارد، معمولاً «خازن هموارسازی» (Smoothing Capacitor) نامیده می شود.

رگولاتورهای سری 78xx به ترتیب در ولتاژهای ثابت 5، 6، 8، 9، 12، 15، 18 و 24 ولت موجود هستند و جریان خروجی حداکثر حدود 1٫5 آمپر را مهیا می کنند.

اما اگر بخواهیم ولتاژ خروجی 9+ ولت داشته باشیم و فقط یک رگولاتور 7805 مثبت 5 ولت داشته باشیم باید چکار کنیم؟ خروجی 5+ ولت 7805 را با اتصال به "Gnd" زمین می کنیم (برابر با صفر ولت).

اگر ولتاژ ترمینال پایه 2 را از 0 ولت به 4 ولت افزایش دهیم، در صورت وجود ولتاژ ورودی کافی، خروجی نیز 4 ولت افزایش می یابد.

سپس با قرار دادن یک دیود زنر کوچک 4 ولتی (نزدیکترین مقدار به مقدار ترجیحی 4٫3 ولت) بین پایه 2 رگولاتور و زمین، می توانیم مطابق شکل زیر با یک رگولاتور 5 ولتی 7805 خروجی 9 ولت تولید کنیم.

شکل 2: افزایش ولتاژ خروجی

اما مدار چگونه کار می کند؟ دیود زنر 4٫3 ولت برای حفظ خروجی حدوداً 0٫5 میلی آمپری رگولاتور به جریان بایاس معکوس تقریباً 5 میلی آمپر نیاز دارد. این جریان کل 5٫5 میلی آمپری از طریق مقاومت R1 از پایه 3 خروجی تأمین می شود.

بنابراین مقدار مقاومت مورد نیاز برای یک رگولاتور 7805، برابر با R=(5V)/(5٫5mA)=910Ω اهم خواهد بود.

دیود فیدبک D1 که از طریق ورودی به ترمینال های خروجی متصل می شود، برای محافظت است و از بایاس معکوس رگولاتور در هنگام خاموش شدن ولتاژ منبع ورودی جلوگیری می کند، در حالی که خروجی به دلیل وجود یک بار القایی بزرگ مانند سلونوئید یا موتور برای مدت زمان کوتاهی روشن یا فعال است.

می توانیم از رگولاتورهای ولتاژ سه ترمیناله و یک دیود زنر مناسب برای تولید انواع ولتاژ خروجی ثابت از منبع تغذیه 5+ تا 12+ ولت استفاده کنیم.

اما با جایگزینی رگولاتور ولتاژ ثابت با یک رگولاتور ولتاژ متغیر مانند LM317T، می توان این طراحی را بهبود بخشیم.