de Fleste av Integrert IC krever en konstant spenning som det kan operere. Det være seg en enkel Logikk Gate eller en kompleks mikroprosessor de har sine egne driftsspenning. Den mest vanlige drifts-spenning er 3,3 V, 5V og 12V. Mens vi har batterier og DC-Adaptere som kan fungerer som en spenningskilde, mesteparten av tiden de kan ikke kobles direkte til vår krets design siden spenning fra dem er ikke regulert.,
Si at vi for eksempel har 9V batteri, men trenger å utløse en 5V Relé, som åpenbart fungerer på 5V. Hva gjør vi her?
Hva er spenningsregulator og Hvorfor Bruker Vi Det?
Du husker din skole dager, vi ble lært at motstander slippe spenning. Ville det ikke være en enkel løsning å bare bruke Motstander for å slippe spenningen i henhold til Ohms Lov? Men så, motstander slippe spenning avhengig av strøm flyter gjennom dem. Det øyeblikket den komponenten begynner å tegne mindre strøm, spenning skyter opp og dreper den.,
Du trenger noe bedre – spenning bør ikke være avhengig av belastningen gjeldende, i alle fall ikke mye. Neste enkleste løsning som kommer til hodet er spenningsdeler. Dette trenger to motstander, men hei, hvis de kan bli presset i de kan også fungere. En annen griner problem – det øyeblikket den komponenten begynner å tegne for mye strøm, effekt av skillet skytter – topp motstand er ikke i stand til å holde tritt med dagens etterspørsel. Nå kan du virkelig begynne å ønske at du hadde lært om dette på skolen., Du kan fikse dette ved å senke motstanden verdier, men som ville gjøre de to motstander trekker for mye strøm, sannsynligvis ødelegge din aktuelle økonomiske og blir for varmt med den umiddelbare risikoen for å mislykkes.
Hva kan gjøres? Forsterkning! Selvfølgelig, du hadde å kjempe seg gjennom timer med forelesninger på de! Hvorfor ikke legge en NPN transistor som en spenning etterfølger? Den spenningsdeler bias kan være koblet til basen, 12V rail innspill til solfangeren og utgang til komponenten til emitter, og bingo, du har løst problemet!,
selvfølgelig, løsningen fungerer, men det etterlater deg med en nagende følelse – du har brukt tre deler, og på tester du finner ut at glitches i 12 V-forsyning jernbane er replikert perfekt på utgang. Selvfølgelig, dette er en forsterker, er det ikke har intelligens til automatisk å kompensere. Du kan erstatte den nederste motstand av spenningsdeler med en Zener diode, men den nåværende kreves for å skikkelig bias en Zener (mot ting som temperatur koeffisienter og drift) er nesten like mye som den komponenten bruker – som er helt meningsløst.,
Er det ikke en bedre måte å gjøre dette på? Er det ikke en magisk svart boks som inneholdt alt som trengs for å slippe en spenning på en effektiv måte? Millioner av EEEs rundt om i verden har vært om lignende perioder med stress (inkludert meg!). Selvfølgelig er ikke alle problemer er forbundet med å slippe spenninger, men tilsvarende situasjoner er vanlige er EEE labs overalt!
Men du er på hell – nøyaktig den komponenten du trenger eksisterer. Faktisk er det en av de tidligste kommersiell implementering av IC-teknologi (bortsett fra op-amps) – den ydmyke spenningsregulator.,
Hvis du noen gang ser gjennom dataark av en spenningsregulator, du vil bli overrasket over den krets de har vært fullpakket med å slippe en spenning og holde det rent – a nice stabil spenningsregulator, forsterkere med tilbakemeldinger og kompensasjon og en halv anstendig power stage. Selvfølgelig, hvis vi har vært i stand til å pakke så mye teknologi i disse telefonene av oss, hvorfor ikke noen spenningsregulering inn i en fin to – 92-pakke?
De blir stadig bedre og bedre hver dag – noen av dem spiser ikke mer enn et par nanoamps, som er en tusendel av en milliondel av en forsterker!, Enda bedre, andre kommer med kortslutning og overtemperatur – beskyttelse- noe som gjør dem idiotsikker.
Spenning Regulatorer – En Nærmere Titt
Som vi har sett i avsnittet ovenfor, er den primære jobb av en spenningsregulator er å slippe en større spenning til en mindre og holde den stabil, siden det regulert spenning som brukes til makt (sensitive) elektronikk.
En spenningsregulator er i utgangspunktet en styrket stråler tilhenger, som beskrevet ovenfor – en transistor som er koblet til en stabil referanse som spytter ut en konstant spenning, slippe resten.,
De har også en innebygget feil forsterker, som prøver utgangsspenning (igjen gjennom en skillevegg), sammenligner det med referanse spenning, beregner forskjellen, og driver transistor utgang tilsvarende. Dette er langt fra en spenningsdeler, som trofast replikater inngangssignalet, selv om bare en størrelsesorden mindre. Ønsker du ikke AC-ripple kledde på DC spenning jernbane.
Det er ønskelig å ha en transistor med høy gevinst, siden strøm transistorer er en stor smerte å kjøre, med patetisk gevinster i størrelsesorden to sifre., Dette har blitt overvunnet ved hjelp av Darlington transistorer og mer nylig Mosfet. Siden disse typer krever mindre strøm til å kjøre, den totale strømforbruket reduseres. Dette er supplert med det faktum at spenningen som referanse brukes internt også bruker svært lite strøm.
gjeldende at regulatoren bruker til å drive alt dette interne kretser når produksjonen er ikke lagt kalles hvilestrøm gjeldende. Jo lavere hvilestrøm gjeldende, jo bedre.,
Den måten disse regulatorer er bygget har tre transistorer på en utgangseffekt på scenen – to av dem i en Darlington konfigurasjon og den andre som en gjeldende begrensende enheten. De påfølgende CE veikryss legge opp til et spenningsfall på rundt 2V over regulator.
Denne spenningen er kjent som dropout spenning, spenning under som regulator avsluttes regulering.
Du kan finne enheter kalt LDOs eller lavt frafall regulatorer med et spenningsfall på rundt 0.4 V, siden de bruker en MOSFET-bryteren.
Tre Terminal Regulatorer
Nok snakk, nå for den faktiske en del tall.,
Den mest vanlige serien av spenning regulatorer er 78XX serien. De to sifre etter 78 representerer utgangsspenning av regulator, for eksempel 7805 er en 5V regulator og 7812 er en 12V regulator. Utgang spenning tilgjengelig med fast regulatorer dekker et stort spekter fra 3,3 V til 24V med fine verdier som 5V, 6V, 9V, 15V og 18V tilgjengelig.
Denne serien av regulatorer er utmerket for de aller fleste formål, de kan håndtere opp til nesten 30V på input og avhengig av pakken, opp til 1A utgangsstrøm., De er usedvanlig enkel å bruke – koble inngangen pin for å inngangsspenningen og utgang pin-koden til den enheten som krever lavere spenning og, selvfølgelig, bakken pin for å jorde.
Her isolering kondensatorer er valgfritt, ettersom tilbakemeldinger forsterkere ‘avvise’ input rippel og støy, noe som gjør at de ikke passere til utgang. Imidlertid, hvis enheten trekker mer enn noen titalls milliampere, minst 4.7 uF på input og output er anbefalt, fortrinnsvis i keramikk.
En interessant ting folk gjør, er å lage primitive telefonen ladere ved hjelp av disse regulatorer., Det er bare å koble et 9V batteri til inngang og en passende USB-kontakten til utgang og voila, du har fått deg en nødsituasjon telefonen laderen. Denne konstruksjonen er ganske robust, på grunn av den innebygde termiske beskyttelse på brikken.
En fin ting om disse typer spenning regulatorer er at pinouts er nesten universell, så sett i erstatninger er mulig. I dag er de fleste av «transistor» pakker på Pcb er spenning regulatorer som kan bli plukket opp for andre prosjekter fordi de er så enkle å bruke.,
Øke utgangsstrøm av Spenning Regulatorer
En begrensning som raskt overvinner nytten er utgangsstrøm, som er sterkt begrenset av pakken og den måten at pakken er montert.
Det er høy aktuelle varianter av disse regulatorer, men de er vanskelig å finne.
Den eneste enheter som er i stand til å spytte ut høye strømmer er DC-DC bytte omformere, men produksjonen støy tallene er forferdelig.
Designe din egen high gjeldende lineær regulator er mulig, men du vil etter hvert kjøre inn alle de problemer som er nevnt ovenfor.,
Heldigvis, det er en måte å «kapre» en standard regulator med noen ekstra deler og øke utgangsstrøm.
de Fleste av disse endringene innebære å legge en bypass-transistor over regulator og bilkjøring base med innspill, som vist i figur nedenfor.
Justerbare Regulatorer
Tre terminal regulatorer er ganske fin og enkel å bruke, men hva hvis du vil ha en ikke-standard utgangsspenning som 10.5 V eller 13V?,
selvfølgelig er det mer eller mindre mulig å kapre fast regulatorer, men de nødvendige kretser er ganske kompleks og slår den primære hensikten med enkelhet.
Enheter eksisterer som kan gjøre jobben for oss, den mest populære er LM317.
LM317 er akkurat som alle andre lineær regulator med en inngang og en utgang pin, men i stedet for en grunn pin-det er en pin-kode som kalles ‘justere’. Denne pin-koden er utformet for å få tilbakemelding av en spenningsdeler over utgang slik at pin-koden er alltid på 1.,25V, ved å variere motstanden verdier vi kan få ulike spenninger. Databladet selv sier, ‘eliminerer strømpe mange varige spenninger’, men selvfølgelig dette gjelder bare hvis du har råd til å ha de to motstander på styret.
En fin ting, om justerbare regulatorer som dette er at med en liten endring i konfigurasjonen de kan tjene som konstant strøm leverer også.
Ved å koble en motstand til utgang pin og justere pinne til den andre enden av den motstand som vist i figuren, regulator prøver å opprettholde en konstant 1.,25V over utgang motstand og dermed en konstant strøm på utgangen. Dette enkel krets er ganske populært med diode laser samfunnet.
Tillatte regulatorer kan gjøre dette også, men dropper spenning er urimelig høy (faktisk, nominell utgangsspenning). De vil arbeide i et knipetak, men hvis du er desperat.
spenningsregulator Begrensninger
Den største fordelen av lineær regulatorer er deres enkelhet; ingenting annet behov for å bli sagt.
Imidlertid, som alle gode chips de kommer med sine egne sett av begrensninger.,
Lineær regulatorer fungerer som en variabel motstand med tilbakemeldinger, slippe noen unødvendige spenning. Mens du tegner det samme gjeldende som belastning. Dette bortkastet energi omdannes til varme, noe som gjør disse regulatorer varmt og ineffektive ved høye strømmer.
For eksempel, en 5V regulator med en 12V inngang kjører på 1A har en kraft tap av (12V – 5V)*1A, som er 7W! Det er mye bortkastet energi, og effektiviteten er bare 58%!
Så høy input-output voltage differensialer eller ved høye strømmer, regulatorer har en patetisk energieffektivitet.,
input-output differensial spenning problemet kan overvinnes ved hjelp av mer enn én regulator i serien med synkende utgang spenning (opp til ønsket spenning verdi) slik at spenningen faller ned i skritt. Mens den generelle energitapet er det samme som å ha en regulator, varme-belastningen er fordelt ut på alle enheter, redusere totale driftstemperatur.