de fleste af de integrerede IC ‘ er kræver en konstant spænding, som den kan fungere med. Det være sig en simpel logisk port eller en kompleks mikroprocessor, de har deres egen driftsspænding. De mest almindelige driftsspændinger er 3.3 V, 5V og 12V. mens vi har batterier og DC-adaptere, der kan fungere som en spændingskilde, kan de for det meste ikke forbindes direkte til vores kredsløbsdesign, da spændingen fra dem ikke er reguleret.,
sig for eksempel, Vi har 9V batteri, men skal udløse et 5V relæ, som selvfølgelig virker på 5V. Hvad gør vi her?
Hvad er spændingsregulator, og hvorfor bruger vi det?
du husker dine skoledage vi blev lært, at modstande falder spænding. Ville det ikke være en simpel løsning at bare bruge modstande til at droppe spændingen i henhold til Ohms lov? Men så falder modstande spænding afhængigt af strømmen, der strømmer gennem dem. I det øjeblik din komponent begynder at trække mindre strøm, skyder spændingen op og dræber den.,
du har brug for noget bedre – spændingen bør ikke afhænge af belastningsstrømmen, i det mindste ikke meget. Den næste enkleste løsning, der kommer til dit hoved, er spændingsdeleren. Dette har brug for to modstande, men hej, hvis de kan presses ind, kan de lige så godt fungere. Et andet irriterende problem – i det øjeblik din komponent begynder at tegne for meget strøm, udgangen af divider – sækkene-den øverste modstand er ikke i stand til at holde trit med den aktuelle efterspørgsel. Nu begynder du virkelig at ønske, at du havde lært om dette i skolen., Du kan løse dette ved at sænke modstandsværdierne, men det ville få de to modstande til at trække for meget strøm, sandsynligvis ødelægge dit nuværende budget og blive for varmt med den øjeblikkelige risiko for fiasko.
hvad der ellers kunne gøres? Forstærkning! Selvfølgelig, du var nødt til at pukle gennem timers foredrag om dem! Hvorfor ikke tilføje en NPN-transistor som spændingsfølger? Spændingsdeleren bias kunne tilsluttes til basen, 12V jernbane input til kollektoren og output til komponenten til emitteren, og bingo, du har løst problemet!,
selvfølgelig fungerer rettelsen, men det efterlader dig en irriterende følelse – du har brugt tre dele, og ved test finder du ud af, at fejl i 12V forsyningsskinnen replikeres perfekt på output. Selvfølgelig er dette en forstærker, det har ikke intelligensen til automatisk at kompensere. Du kan udskifte det nederste modstand af voltmeter med en Zener diode, men den nuværende, der kræves til korrekt bias en Zenerdiode (mod ting, som temperatur-koefficienter og drift) er næsten lige så meget som din komponent forbruger – som er helt meningsløst.,
er der ikke en bedre måde at gøre dette på? Er der ikke en magisk sort boks, der indeholdt alt, hvad der var nødvendigt for at tabe en spænding effektivt? Millioner af EEEs rundt om i verden har været selvom lignende perioder med stress (herunder mig!). Selvfølgelig er ikke alle problemer forbundet med at tabe spændinger, men lignende situationer er almindelige er EEE labs overalt!
men du er heldig – den nøjagtige komponent, du har brug for, findes. Faktisk er det en af de tidligste kommercielle implementering af IC-teknologien (bortset fra op – amps) – den ydmyge spændingsregulator.,
Hvis du nogensinde ser gennem databladet af en spændingsregulator, vil du blive forbløffet over det kredsløb, de har været pakket med at slippe en spænding og holde den ren – en dejlig stabil spænding regulator, forstærkere med feedback og erstatning og en halv anstændigt power stadium. Selvfølgelig, hvis vi har været i stand til at pakke så meget teknologi ind i vores telefoner, hvorfor ikke nogle spændingsregulering i en dejlig to – 92-pakke?
de bliver bedre hver dag – nogle af dem forbruger ikke mere end et par nanoamps, det vil sige en tusindedel af en milliontedel af en forstærker!, Endnu bedre, andre kommer med kortslutning og overtemperatur beskyttelse – hvilket gør dem idiotsikker.
spændingsregulatorer – et nærmere kig
Som vi har set i afsnittet ovenfor, er en spændingsregulators primære opgave at droppe en større spænding til en mindre og holde den stabil, da den regulerede spænding bruges til at drive (følsom) elektronik.
en spændingsregulator er dybest set en forstærket emitterfølger, som beskrevet ovenfor – en transistor forbundet til en stabil reference, der spytter en konstant spænding og taber resten.,
de har også en indbygget fejlforstærker, som prøver udgangsspændingen (igen gennem en divider), sammenligner den med referencespændingen, beregner forskellen og driver udgangstransistoren i overensstemmelse hermed. Dette er langt fra en spændingsdeler, som trofast replikerer indgangssignalet, dog kun en størrelsesorden mindre. Du ønsker ikke AC ripple overlejret på din DC spændingsskinne.
det er ønskeligt at have en transistor med høj forstærkning, da strømtransistorer er en enorm smerte at køre med patetiske gevinster i området fra to cifre., Dette er blevet overvundet ved hjælp af Darlington transistorer og for nylig MOSFETs. Da disse typer kræver mindre strøm til at køre, falder det samlede strømforbrug. Dette suppleres af det faktum, at den spændingsreference, der anvendes internt, også bruger meget lidt strøm.
den strøm, som regulatoren bruger til at drive alt dette interne kredsløb, når udgangen ikke er indlæst, kaldes hvilestrømmen. Jo lavere den hvilende strøm er, desto bedre.,
den måde, disse regulatorer er bygget på, Har tre transistorer på effektudgangstrinnet – to af dem i en Darlington-konfiguration og den anden som en strømbegrænsende enhed. De successive CE-kryds tilføjer et spændingsfald på omkring 2V over regulatoren.
denne spænding er kendt som dropout spænding, spændingen under hvilken regulatoren afslutter regulering.
Du kan finde enheder kaldet LDOs eller lav dropout tilsynsmyndigheder med et spændingsfald på omkring 0,4 V, da de bruger en MOSFET skifte.
tre terminale regulatorer
nok snak, nu for de faktiske varenumre.,
den mest almindelige serie af spændingsregulatorer er 78.. serien. De to cifre efter 78 repræsenterer regulatorens udgangsspænding, for eksempel 7805 er en 5V regulator og 7812 er en 12V regulator. Udgangsspændingerne fås med faste regulatorer dækker et stort område fra 3.3 V til 24V med gode værdier som 5V, 6V, 9V, 15V og 18V tilgængelig.
denne serie af regulatorer er fremragende til de fleste formål, de kan håndtere op til næsten 30V på indgangen og afhængigt af pakken, op til 1A Udgangsstrøm., De er usædvanligt enkle at bruge – Tilslut indgangsstiften til indgangsspændingen og udgangsstiften til den enhed, der har brug for den lavere spænding og selvfølgelig jordstiften til jorden.
Her afkobling kondensatorer er valgfri, da feedback forstærkere ‘afvise’ input ripple og støj, og sørg for, at de ikke videregive til output. Hvis din enhed imidlertid trækker mere end et par titus milliampere, anbefales mindst 4, 7 uF på input og output, helst i keramik.
en interessant ting, folk gør, er at lave primitive telefonopladere ved hjælp af disse regulatorer., Tilslut blot et 9V batteri til indgangen og et passende USB-stik til udgangen og voila, du har selv en nødtelefonoplader. Denne konstruktion er ret robust på grund af den indbyggede termiske beskyttelse på chippen.
en god ting ved disse slags spændingsregulatorer er, at pinouts er næsten universelle, så det er muligt at tilslutte udskiftninger. I dag er de fleste af’ transistor ‘- pakkerne på PCB ‘ er spændingsregulatorer, som kan afhentes til andre projekter, fordi de er så lette at bruge.,
forøgelse af udgangsstrømmen for spændingsregulatorer
en begrænsning, der hurtigt overvinder nytten, er udgangsstrømmen, som er stærkt begrænset af pakken og den måde, pakken er monteret på.
Der er høje strømvarianter af disse regulatorer, men de er svære at finde.
de eneste enheder, der er i stand til at spytte høje strømme, er DC-DC-omformere, men outputstøjstallene er forfærdelige.
det er muligt at designe din egen lineære regulator med høj strøm, men du vil til sidst løbe ind i alle de ovennævnte problemer.,
heldigvis er der en måde at ‘kapre’ en standardregulator med et par ekstra dele og øge udgangsstrømmen.
de Fleste af disse ændringer involverer tilføjelse af en bypass-transistor over regulatoren og kørsel basen med de input, som vist i nedenstående figur.
Justerbare regulatorer
tre terminalregulatorer er ret pæne og nemme at bruge, men hvad nu hvis du vil have en ikke-standard udgangsspænding som 10.5 V eller 13V?,
det er selvfølgelig mere eller mindre muligt at kapre faste regulatorer, men det krævede kredsløb er ret komplekst og slår det primære formål med enkelhed.
Der findes enheder, der kan gøre jobbet for os, den mest populære er LM317.
LM317 er ligesom enhver anden lineær regulator med en input og en output pin, men i stedet for en jordstift er der en pin kaldet ‘juster’. Denne pin er designet til at få feedback fra en spændingsdeler på tværs af output, så stiften altid er på 1.,25V, ved at variere modstandsværdierne kan vi opnå forskellige spændinger. Databladet siger endda, ‘eliminerer strømpe mange faste spændinger’, men det gælder selvfølgelig kun, hvis du har råd til at have disse to modstande om bord.
en dejlig ting ved justerbare regulatorer som denne er, at de med en lille ændring i konfigurationen også kan fungere som konstante strømforsyninger.
Ved at forbinde en modstand til outputstiften og justeringsstiften til den anden ende af modstanden som vist på figuren forsøger regulatoren at opretholde en konstant 1.,25V på tværs af udgangsmodstanden og dermed en konstant strøm på udgangen. Dette enkle kredsløb er meget populært blandt diodelasersamfundet.
faste regulatorer kan også gøre dette, men frafaldspændingerne er urimeligt høje (faktisk den nominelle udgangsspænding). De vil arbejde i en knivspids, imidlertid, hvis du er desperat.
Spændingsregulatorbegrænsninger
den største fordel ved lineære regulatorer er deres enkelhed; intet andet skal siges.
men ligesom alle gode chips kommer de med deres eget sæt begrænsninger.,
lineære regulatorer fungerer som en variabel modstand med feedback og taber enhver unødvendig spænding. Mens du tegner den samme strøm som belastningen. Denne spildte energi omdannes til varme, hvilket gør disse regulatorer varme og ineffektive ved høje strømme.
for eksempel har en 5V regulator med en 12V indgang, der kører ved 1A, et strømtab på (12V – 5V)*1A, hvilket er 7!! Det er meget spildt energi, og effektiviteten er kun 58%!
så ved høje input-output spændingsforskelle eller ved høje strømme har regulatorer en patetisk energieffektivitet.,
input-output differentialspændingsproblemet kan overvindes ved hjælp af mere end en regulator i serie med faldende udgangsspændinger (op til den ønskede spændingsværdi), så spændingen tabes i trin. Mens den samlede effektafledning er den samme som at have en regulator, spredes varmebelastningen over alle enheder, hvilket reducerer den samlede driftstemperatur.