většina integrovaných IC vyžaduje konstantní napětí, se kterým by mohla pracovat. Ať už jde o jednoduchou logickou bránu nebo komplexní mikroprocesor, mají vlastní provozní napětí. Nejčastější provozní napětí jsou 3,3 V, 5V a 12V. Zatímco my máme baterií a DC Adaptéry, které by mohly chová jako zdroj napětí, většinou nemohou být přímo připojen k naší circuit design od napětí z nich není regulována.,
řekněme například, že máme 9V baterii, ale musíme spustit 5V relé, které samozřejmě funguje na 5V. co tady děláme?
co je regulátor napětí a proč ho používáme?
Vzpomínáte si na své školní dny, kdy jsme se učili, že odpory snižují napětí. Nebylo by jednoduché použít rezistory k poklesu napětí podle zákona Ohms? Pak však odpory snižují napětí v závislosti na proudu, který jimi protéká. V okamžiku, kdy vaše součást začne čerpat méně proudu, napětí vystřelí a zabije ji.,
potřebujete něco lepšího-napětí by nemělo záviset na zátěžovém proudu, alespoň ne moc. Další nejjednodušší oprava, která přichází do hlavy, je dělič napětí. To potřebuje dva rezistory, ale hej, pokud mohou být stlačeny, mohou také fungovat. Další nepříjemný problém – v okamžiku, kdy vaše složka začne odebírat příliš mnoho proudu, výstup dělič poklesy – horní rezistor není schopen držet krok s aktuální poptávkou. Teď si opravdu začnete přát, abyste se o tom dozvěděli ve škole., Můžete opravit tím, že snížení hodnoty odporů, ale že by se dva rezistory kreslit příliš aktuální, pravděpodobně ničí váš aktuální rozpočet a stále příliš horké s bezprostřední riziko selhání.
Co jiného lze udělat? Zesílení! Samozřejmě, že jste museli projít hodinami přednášek o těch! Proč nepřidat tranzistor NPN jako sledovač napětí? Předpětí děliče napětí by mohlo být připojeno k základně, vstup kolejnice 12V ke kolektoru a výstup ke komponentě k emitoru a bingo, vyřešili jste problém!,
samozřejmě, že oprava funguje, ale zanechává nepříjemný pocit – jste použili tři části, a na testování zjistíte, že závady na 12V rail jsou replikovány dokonale na výstupu. Samozřejmě, že se jedná o zesilovač, nemá inteligenci k automatické kompenzaci. Můžete nahradit spodní rezistor, napětí, dělič se Zenerovou diodou, ale současná nutné, aby správně zaujatost Zener (proti věci, jako je teplota koeficienty a drift), je téměř stejně jako vaše složka spotřebuje – což je zcela zbytečné.,
neexistuje lepší způsob, jak to udělat? Není tam kouzelná černá skříňka, která obsahovala vše potřebné k účinnému poklesu napětí? Miliony EEEs po celém světě byly i když podobné období stresu(včetně mě!). Samozřejmě, že ne všechny problémy jsou spojeny s klesá napětí, ale podobné situace jsou běžné je EEE labs všude!
ale máte štěstí-existuje přesná komponenta, kterou potřebujete. Ve skutečnosti je to jedna z prvních komerčních implementací technologie IC (kromě operačních zesilovačů)-skromný regulátor napětí.,
Pokud jste se někdy podívat prostřednictvím katalogový list regulátor napětí, budete se divit, obvody už byl nabitý k poklesu napětí a udržovat ji v čistotě – pěkný stabilní regulátor napětí, zesilovače se zpětnou vazbou a odškodnění a půl – slušný výkonový stupeň. Samozřejmě, pokud jsme byli schopni zabalit tolik technologie do těch našich telefonů, proč ne nějaká regulace napětí do pěkného balíčku k – 92?
každý den se zlepšují – některé z nich spotřebovávají ne více než několik nanoampů, to je tisícina miliontiny zesilovače!, Ještě lepší je, že ostatní přicházejí s ochranou proti zkratu a přehřátí – což je činí spolehlivými.
Regulátory Napětí – Bližší Pohled
Jak jsme viděli v kapitole výše, primárním úkolem stabilizátoru napětí je pokles větší napětí menší, a udržet ji stabilní, od té regulované napětí je použito k napájení (citlivé) elektroniky.
regulátor napětí je v podstatě zvýšena emitor následovník, jako je popsáno výše – tranzistor připojen na stabilní odkaz, který vyplivne konstantní napětí, klesá zbytek.,
mají také vestavěný zesilovač odchylky, které vzorky výstupního napětí (opět přes dělič), porovnává ji s referenční napětí, vypočítá rozdíl, a řídí výstupní tranzistor odpovídajícím způsobem. To je daleko od děliče napětí, který věrně kopíruje vstupní signál, i když jen o velikost menší. Nechcete, aby se zvlnění AC překrývalo na kolejnici stejnosměrného napětí.
je žádoucí mít tranzistor s vysokým ziskem, protože výkonové tranzistory jsou obrovskou bolestí při řízení, s patetickými zisky v rozmezí dvou číslic., To bylo překonáno použitím darlingtonových tranzistorů a novějších MOSFETů. Vzhledem k tomu, že tyto typy vyžadují k pohonu méně proudu, celková spotřeba proudu klesá. To je doplněno skutečností, že referenční napětí používané interně také spotřebovává velmi málo proudu.
proud, který regulátor spotřebuje k pohonu všech těchto vnitřních obvodů, když není výstup načten, se nazývá klidový proud. Čím nižší je klidový proud, tím lépe.,
způsob, jakým jsou tyto regulátory postaveny, má tři tranzistory ve fázi výkonu – dva z nich v konfiguraci Darlington a druhý jako omezovač proudu. Po sobě jdoucí ce křižovatky přidat až do poklesu napětí kolem 2V přes regulátor.
toto napětí je známé jako napětí výpadku, napětí, pod kterým regulátor ukončí regulaci.
najdete zařízení nazývaná ldos nebo regulátory nízkého výpadku s poklesem napětí kolem 0,4 V, protože používají přepínač MOSFET.
tři Terminálové regulátory
dostatek hovoru, nyní pro skutečná čísla dílů.,
nejběžnější řadou regulátorů napětí je řada 78xx. Dvě číslice po 78 představují výstupní napětí regulátoru, například 7805 je 5V regulátor a 7812 je 12V regulátor. Výstupní napětí dostupné s pevnými regulátory pokrývá velký rozsah od 3.3 V do 24V s pěknými hodnotami, jako jsou 5V, 6V, 9V, 15V a 18V.
tato řada regulátorů je vynikající pro většinu účelů, zvládne až téměř 30V na vstupu a v závislosti na balení až 1A Výstupní proud., Jsou výjimečně jednoduché – připojte vstupní kolík ke vstupnímu napětí a výstupnímu kolíku k zařízení, které potřebuje nižší napětí a samozřejmě zemnící kolík k zemi.
zde jsou odpojovací kondenzátory volitelné, protože zpětné zesilovače „odmítají“ vstupní zvlnění a šum, přičemž se ujistí, že nepřenášejí na výstup. Nicméně, pokud vaše zařízení odebírá více než několik desítek miliampérů, alespoň 4.7 uF na vstupu a výstupu je doporučeno, nejlépe v keramické.
zajímavou věcí, kterou lidé dělají, je vyrábět primitivní nabíječky telefonů pomocí těchto regulátorů., Jednoduše připojte 9V baterii ke vstupu a příslušný USB konektor k výstupu a voila, máte sami Pohotovostní telefonní nabíječku. Tato konstrukce je poměrně robustní, díky vestavěné tepelné ochraně na čipu.
pěkná věc na těchto druzích regulátorů napětí je, že vývody jsou téměř univerzální, takže jsou možné připojit náhrady. V současné době je většina „tranzistorových“ balíčků na PCB regulátory napětí, které lze vyzvednout pro jiné projekty, protože jsou tak snadno použitelné.,
zvýšení výstupního proudu regulátorů napětí
jedním omezením, které rychle překonává užitečnost, je výstupní proud, který je silně omezen balíčkem a způsobem, jakým je balíček namontován.
existují varianty těchto regulátorů s vysokým proudem, ale je těžké je najít.
jedinými zařízeními schopnými vyplivnout vysoké proudy jsou spínací měniče DC-DC, ale čísla výstupního šumu jsou strašná.
navrhování vlastního lineárního regulátoru s vysokým proudem je možné, ale nakonec narazíte na všechny výše uvedené problémy.,
Naštěstí Existuje způsob, jak „unést“ standardní regulátor s několika dalšími částmi a zvýšit výstupní proud.
většina z těchto úprav zahrnuje přidání obtokového tranzistoru přes regulátor a řízení základny se vstupem, jak je znázorněno na následujícím obrázku.
Nastavitelné regulátory
tři koncové regulátory jsou docela pěkné a snadno použitelné, ale co když chcete nestandardní výstupní napětí jako 10,5 V nebo 13V?,
samozřejmě je více či méně možné unést pevné regulátory, ale požadované obvody jsou poměrně složité a překonávají primární účel jednoduchosti.
zařízení existují, které mohou dělat práci pro nás, nejpopulárnější je LM317.
LM317 je stejně jako všechny ostatní lineární regulátor s vstupní a výstupní pin, ale místo toho na zem pin je pin nazývá ‚nastavení‘. Tento kolík je navržen tak, aby získal zpětnou vazbu z děliče napětí na výstupu tak, aby kolík byl vždy na 1.,25V, změnou hodnot odporu můžeme získat různá napětí. Datového listu dokonce říká, ‚eliminuje osazení mnoho pevné napětí‘, ale samozřejmě to platí pouze pokud si můžete dovolit mít ty dva odpory na desce.
příjemná věc na nastavitelných regulátorech, jako je tato, je to, že s malou změnou konfigurace mohou sloužit také jako dodávky konstantního proudu.
Po připojení rezistoru na výstupní pin a nastavit pin na druhý konec rezistoru, jako je uvedeno na obrázku, regulátor se snaží udržet konstantní 1.,25V přes výstupní odpor a tím i konstantní proud na výstupu. Tento jednoduchý obvod je velmi oblíbený u komunity diodových laserů.
pevné regulátory to mohou také udělat, ale napětí při výpadku je nepřiměřeně vysoké (ve skutečnosti Jmenovité výstupní napětí). Budou pracovat v nouzi, Nicméně, pokud jste zoufalí.
omezení regulátoru napětí
největší výhodou lineárních regulátorů je jejich jednoduchost; nic jiného je třeba říci.
nicméně, stejně jako všechny dobré čipy přicházejí s vlastní sadou omezení.,
lineární regulátory fungují jako variabilní rezistor se zpětnou vazbou a snižují nepotřebné napětí. Při kreslení stejného proudu jako zatížení. Tato zbytečná energie je přeměněna na teplo, takže tyto regulátory jsou horké a neúčinné při vysokých proudech.
například regulátor 5V se vstupem 12V běžícím na 1A má ztrátu výkonu (12V-5V)*1A, což je 7W! To je spousta zbytečné energie a účinnost je pouze 58%!
takže při vysokých diferenciálech vstupního a výstupního napětí nebo při vysokých proudech mají regulátory patetickou energetickou účinnost.,
problém s diferenciálním napětím vstupního výstupu lze překonat pomocí více než jednoho regulátoru v sérii se snižujícím se výstupním napětím (až do požadované hodnoty napětí), takže napětí klesá v krocích. Zatímco celkový odvod energie je stejný jako u jednoho regulátoru, tepelné zatížení je rozloženo na všech zařízeních a snižuje celkovou provozní teplotu.