la plupart des circuits intégrés nécessitent une tension constante avec laquelle ils peuvent fonctionner. Que ce soit une simple porte logique ou un microprocesseur complexe, ils ont leur propre tension de fonctionnement. Les tensions de fonctionnement les plus courantes sont 3.3 V, 5V et 12V. bien que nous ayons des batteries et des adaptateurs CC qui pourraient agir comme une source de tension, la plupart du temps, ils ne peuvent pas être directement connectés à notre conception de circuit car la tension de ceux-ci n’est pas régulée.,
disons par exemple que nous avons une batterie 9V mais que nous devons déclencher un relais 5V, qui fonctionne évidemment sur 5V. Que faisons-nous ici?
Qu’est-ce que le régulateur de tension et pourquoi L’utilisons-nous?
vous vous souvenez de vos jours d’école on nous a appris que les résistances chutent la tension. Ne serait-ce pas une solution simple d’utiliser simplement des résistances pour baisser la tension selon la loi Ohms? Mais alors, les résistances chutent en fonction du courant qui les traverse. Au moment où votre composant commence à tirer moins de courant, la tension monte et le tue.,
Vous avez besoin de quelque chose de mieux – la tension ne doit pas dépendre du courant de charge, du moins pas beaucoup. La prochaine solution la plus simple qui vous vient à l’esprit est le diviseur de tension. Cela nécessite deux résistances, mais bon, si elles peuvent être serrées, elles peuvent aussi bien fonctionner. Un autre problème lancinant-au moment où votre composant commence à tirer trop de courant, la sortie du diviseur s’affaisse – la résistance supérieure n’est pas en mesure de suivre la demande actuelle. Maintenant vous commencez vraiment à vous souhaitant avait appris cela à l’école., Vous pouvez résoudre ce problème en abaissant les valeurs de résistance, mais cela ferait que les deux résistances tirent trop de courant, ruinant probablement votre budget actuel et devenant trop chaud avec le risque immédiat de défaillance.
que pourrait-on faire d’autre? L’Amplification! Bien sûr, vous avez dû parcourir des heures de conférences sur ceux-ci! Pourquoi ne pas ajouter un transistor NPN comme suiveur de tension? La polarisation du diviseur de tension peut être connectée à la base, l’entrée du rail 12V au collecteur et la sortie au composant à l’émetteur, et bingo, vous avez résolu le problème!,
bien sûr, le correctif fonctionne, mais il vous laisse un sentiment lancinant – vous avez utilisé trois parties, et lors des tests, vous découvrez que les problèmes dans le rail d’Alimentation 12V sont parfaitement reproduits sur la sortie. Bien sûr, c’est un amplificateur, il n’a pas l’intelligence de compenser automatiquement. Vous pouvez remplacer la résistance inférieure du diviseur de tension par une diode Zener, mais le courant requis pour polariser correctement un Zener (contre des facteurs tels que les coefficients de température et la dérive) est presque autant que votre composant consomme – ce qui est complètement inutile.,
N’est-il pas une meilleure façon de le faire? N’y a-t-il pas une boîte noire magique qui contenait tout le nécessaire pour faire tomber une tension efficacement? Des Millions D’Eee à travers le monde ont connu des périodes de stress similaires (y compris moi!). Bien sûr, tous les problèmes ne sont pas associés à la chute des tensions, mais des situations similaires sont courantes est EEE labs partout!
Mais vous avez de la chance – le composant exact vous avez besoin existe. En fait, c’est l’une des premières implémentations commerciales de la technologie IC (en dehors des amplis op)-l’humble régulateur de tension.,
Si jamais vous regardez à travers la fiche technique d’un régulateur de tension, vous serez étonné par les circuits dont ils ont été emballés pour baisser une tension et la garder propre – un joli régulateur de tension stable, des amplificateurs avec rétroaction et compensation et un étage de puissance à moitié décent. Bien sûr, si nous avons pu emballer autant de technologie dans nos téléphones, pourquoi ne pas une régulation de tension dans un joli paquet TO – 92?
Ils continuent de s’améliorer, chaque jour, certains d’entre eux ne consomment pas plus de quelques nanoamps, c’est un millième de millionième d’un ampli!, Mieux encore, d’autres sont dotés d’une protection contre les courts – circuits et la surchauffe, ce qui les rend infaillibles.
régulateurs de tension – regarder de plus près
Comme nous l’avons vu dans la section ci-dessus, la tâche principale d’un régulateur de tension est de faire tomber une tension plus grande à une tension plus petite et de la maintenir stable, car cette tension régulée est utilisée pour alimenter l’électronique (sensible).
un régulateur de tension est essentiellement un suiveur d’émetteur renforcé, comme décrit ci – dessus-un transistor connecté à une référence stable qui crache une tension constante, laissant tomber le reste.,
ils ont également un amplificateur d’erreur intégré, qui échantillonne la tension de sortie (à nouveau via un diviseur), la compare à la tension de référence, calcule la différence et pilote le transistor de sortie en conséquence. C’est loin d’un diviseur de tension, qui reproduit fidèlement le signal d’entrée, mais juste une grandeur plus faible. Vous ne voulez pas d’ondulation CA superposée sur votre rail de tension CC.
Il est souhaitable d’avoir un transistor à gain élevé, car les transistors de puissance sont une énorme douleur à conduire, avec des gains pathétiques de l’ordre de deux chiffres., Cela a été surmonté en utilisant des transistors Darlington et plus récemment des MOSFET. Étant donné que ces types nécessitent moins de courant pour conduire, la consommation de courant globale diminue. Ceci est complété par le fait que la référence de tension utilisée en interne consomme également très peu de courant.
le courant que le régulateur consomme pour piloter tous ces circuits internes lorsque la sortie n’est pas chargée est appelé courant de repos. Plus le courant de repos, le mieux.,
la façon dont ces régulateurs sont construits a trois transistors sur l’étage de sortie de puissance – deux d’entre eux dans une configuration Darlington et l’autre comme un dispositif de limitation de courant. Les jonctions ce successives ajoutent jusqu’à une chute de tension d’environ 2V à travers le régulateur.
Cette tension est connue sous le nom de tension de décrochage, la tension en dessous de laquelle le régulateur quitte la régulation.
Vous pouvez trouver des dispositifs appelés LDOs ou régulateurs à faible décrochage avec une chute de tension d’environ 0,4 V, car ils utilisent un commutateur MOSFET.
trois régulateurs terminaux
assez de conversation, maintenant pour les numéros de pièce réels.,
la série La plus commune des régulateurs de tension est la série 78XX. Les deux chiffres après le 78 représentent la tension de sortie du régulateur, par exemple le 7805 est un régulateur 5V et le 7812 est un régulateur 12V. Les tensions de sortie disponibles avec les régulateurs fixes couvrent une large gamme de 3.3 V à 24V avec de belles valeurs comme 5V, 6V, 9V, 15V et 18V disponibles.
Cette série de régulateurs sont excellents pour la plupart des fins, ils peuvent gérer jusqu’à près de 30 V sur l’entrée et selon le paquet, jusqu’à 1A Courant de sortie., Ils sont exceptionnellement simples à utiliser – Connectez la broche d’entrée à la tension d’entrée et la broche de sortie à l’appareil qui a besoin de la tension inférieure et, bien sûr, la broche de terre à la terre.
ici, les condensateurs de découplage sont facultatifs, car les amplificateurs de rétroaction « rejettent » l’ondulation et le bruit d’entrée, en veillant à ce qu’ils ne passent pas à la sortie. Cependant, si votre appareil attire plus de quelques dizaines de milliampères, au moins 4.7 uF sur l’entrée et la sortie est recommandé, de préférence en céramique.
Une chose intéressante que les gens font est de fabriquer des chargeurs de téléphone primitifs à l’aide de ces régulateurs., Il suffit de connecter une batterie 9V à l’entrée et un connecteur USB approprié à la sortie et le tour est joué, vous avez vous-même un chargeur de téléphone d’urgence. Cette construction est assez robuste, en raison de la protection thermique intégrée sur la puce.
Une bonne chose à propos de ces types de régulateurs de tension est que les brochage sont presque universels, donc des remplacements enfichables sont possibles. De nos jours, la plupart des paquets de « transistors » sur les circuits imprimés sont des régulateurs de tension qui peuvent être captés pour d’autres projets parce qu’ils sont si faciles à utiliser.,
Augmentation du courant de sortie des régulateurs de tension
une limitation qui surmonte rapidement l’utilité est le courant de sortie, qui est sévèrement limité par le boîtier et la façon dont le boîtier est monté.
Il existe des variantes à courant élevé de ces régulateurs, mais ils sont difficiles à trouver.
Les seuls appareils capables de cracher des courants élevés sont les convertisseurs de commutation DC-DC, mais les chiffres de bruit de sortie sont terribles.
concevoir votre propre régulateur linéaire à courant élevé est possible, mais vous finirez par rencontrer tous les problèmes mentionnés ci-dessus.,
heureusement, il existe un moyen de « détourner » un régulateur standard avec quelques pièces supplémentaires et d’augmenter le courant de sortie.
La Plupart de ces modifications impliquent l’ajout d’un transistor de dérivation à travers le régulateur et l’entraînement de la base avec l’entrée, comme indiqué dans la figure ci-dessous.
régulateurs réglables
trois régulateurs terminaux sont assez agréables et faciles à utiliser, mais que faire si vous voulez une tension de sortie non standard comme 10.5 V ou 13V?,
bien sûr, il est plus ou moins possible de détourner des régulateurs fixes, mais les circuits requis sont assez complexes et battent le but principal de la simplicité.
Il existe des appareils qui peuvent faire le travail pour nous, le plus populaire étant le LM317.
Le LM317 est comme tout autre régulateur linéaire avec une broche d’entrée et une broche de sortie, mais au lieu d’une broche de masse, il y a une broche appelée ‘adjust’. Cette broche est conçue pour obtenir un retour d’un diviseur de tension à travers la sortie afin que la broche soit toujours à 1.,25V, en faisant varier les valeurs de résistance, nous pouvons obtenir différentes tensions. La fiche technique dit même, « élimine le stockage de nombreuses tensions fixes », mais bien sûr, cela ne s’applique que si vous pouvez vous permettre d’avoir ces deux résistances à bord.
Une bonne chose à propos des régulateurs réglables comme celui-ci est qu’avec un petit changement de configuration, ils peuvent également servir d’alimentation en courant constant.
En connectant une résistance à la broche de sortie et de l’ajuster les broches à l’autre extrémité de la résistance, comme le montre la figure, le régulateur tente de maintenir une constante à 1.,25V à travers la résistance de sortie et donc un courant constant sur la sortie. Ce circuit simple est très populaire auprès de la communauté des lasers à diodes.
Les régulateurs fixes peuvent le faire aussi, mais les tensions de décrochage sont déraisonnablement élevées (en fait, la tension de sortie nominale). Ils travailleront dans un pincement, cependant, si vous êtes désespéré.
Limitations des régulateurs de tension
le plus grand avantage des régulateurs linéaires est leur simplicité; rien d’autre n’a besoin d’être dit.
cependant, comme tous les bons jetons, ils viennent avec leur propre ensemble de limitations.,
Les régulateurs linéaires fonctionnent comme une résistance variable avec rétroaction, laissant tomber toute tension inutile. Tout en tirant le même courant que la charge. Cette énergie gaspillée est convertie en chaleur, ce qui rend ces régulateurs chauds et inefficaces à des courants élevés.
Par exemple, un régulateur 5V avec une entrée 12V fonctionnant à 1A a une perte de puissance de (12V – 5v)*1a, qui est de 7W! C’est beaucoup d’énergie gaspillée, et l’efficacité n’est que de 58%!
donc, à des différentiels de tension entrée-sortie élevés ou à des courants élevés, les régulateurs ont une efficacité énergétique pathétique.,
le problème de tension différentielle d’entrée-sortie peut être surmonté en utilisant plus d’un régulateur en série avec des tensions de sortie décroissantes (jusqu’à la valeur de tension souhaitée) de sorte que la tension diminue par étapes. Alors que la dissipation de puissance globale est la même que celle d’un régulateur, la charge thermique est répartie sur tous les appareils, diminuant la température de fonctionnement globale.