większość układów scalonych wymaga stałego napięcia, z którym może pracować. Czy to prosta bramka logiczna, czy złożony mikroprocesor, mają własne napięcie robocze. Najczęstsze napięcia robocze to 3,3 V, 5 V i 12 V. chociaż mamy baterie i Adaptery PRĄDU STAŁEGO, które mogą działać jako źródło napięcia, w większości przypadków nie można ich bezpośrednio podłączyć do naszej konstrukcji obwodu, ponieważ napięcie z nich nie jest regulowane.,
powiedzmy na przykład, że mamy baterię 9V, ale musimy uruchomić Przekaźnik 5V, który oczywiście działa na 5V. co tu robimy?
Co To jest Regulator napięcia i dlaczego go używamy?
przypominasz sobie swoje szkolne czasy. uczono nas, że Rezystory spadają napięcie. Czy nie byłoby prostym rozwiązaniem, aby po prostu użyć rezystorów do spadku napięcia zgodnie z Prawem omów? Ale wtedy Rezystory spadają napięcie w zależności od przepływającego przez nie Prądu. W momencie, gdy twój komponent zacznie pobierać mniej prądu, napięcie wystrzeliwuje i zabija go.,
potrzebujesz czegoś lepszego – napięcie nie powinno zależeć od prądu obciążenia, przynajmniej niewiele. Następnym najprostszym rozwiązaniem, które przychodzi do głowy, jest dzielnik napięcia. Do tego potrzebne są dwa rezystory, ale jeśli można je wcisnąć, równie dobrze mogą działać. Kolejny dokuczliwy problem – w momencie, gdy komponent zacznie pobierać zbyt dużo prądu, Wyjście dzielnika zwija się – górny rezystor nie jest w stanie nadążyć za bieżącym zapotrzebowaniem. Teraz naprawdę zaczynasz żałować, że nie nauczyłeś się tego w szkole., Można to naprawić, obniżając wartości rezystorów, ale to sprawi, że dwa rezystory pobierają zbyt dużo prądu, prawdopodobnie rujnując obecny budżet i robi się zbyt gorąco z bezpośrednim ryzykiem awarii.
Co jeszcze można zrobić? Wzmocnienie! Oczywiście trzeba było przebyć godziny wykładów na ten temat! Dlaczego nie dodać tranzystora NPN jako następcy napięcia? Podział napięcia może być podłączony do bazy, wejście na szynę 12V do kolektora i wyjście na komponent do emitera, i bingo, rozwiązałeś problem!,
oczywiście poprawka działa, ale pozostawia uczucie dokuczenia – użyłeś trzech części, a podczas testów przekonasz się, że usterki w szynie zasilającej 12V są doskonale replikowane na wyjściu. Oczywiście jest to wzmacniacz, nie ma inteligencji do auto-kompensacji. Można by wymienić dolny Rezystor dzielnika napięcia na diodę Zenera, ale prąd wymagany do prawidłowego biasowania Zenera (względem takich czynników jak współczynniki temperatury i dryf) jest prawie taki sam, jak zużywa się twój komponent – co jest zupełnie bezcelowe.,
nie ma lepszego sposobu na to? Czy nie ma magicznej czarnej skrzynki, która zawierała wszystko, co potrzebne do skutecznego spadku napięcia? Miliony EEEs na całym świecie były choć podobne okresy stresu (w tym mnie!). Oczywiście nie wszystkie problemy są związane z spadkiem napięcia, ale podobne sytuacje są powszechne jest Eee labs wszędzie!
ale masz szczęście – dokładny komponent, którego potrzebujesz, istnieje. W rzeczywistości jest to jedna z najwcześniejszych komercyjnych implementacji technologii IC – obok wzmacniaczy) – skromnego regulatora napięcia.,
Jeśli kiedykolwiek przejrzysz Arkusz danych regulatora napięcia, będziesz zaskoczony obwodami, w które zostały zapakowane, aby obniżyć napięcie i utrzymać je w czystości – ładny stabilny regulator napięcia, wzmacniacze ze sprzężeniem zwrotnym i kompensacją oraz pół przyzwoity stopień mocy. Oczywiście, jeśli udało nam się spakować tyle technologii do naszych telefonów, dlaczego nie wprowadzić regulacji napięcia do ładnego pakietu TO – 92?
są coraz lepsze każdego dnia – niektóre z nich zużywają nie więcej niż kilka nanoamperów, czyli tysiąc milionowej części wzmacniacza!, Co więcej, inne są wyposażone w zabezpieczenie przed zwarciem i nadmierną temperaturą – dzięki czemu są niezawodne.
Regulatory Napięcia – bliższe spojrzenie
jak widzieliśmy w powyższej sekcji, podstawowym zadaniem regulatora napięcia jest obniżenie większego napięcia do mniejszego i utrzymanie go stabilnego, ponieważ to Regulowane napięcie jest używane do zasilania (wrażliwej) elektroniki.
regulator napięcia to w zasadzie wzmacniacz emitera, jak opisano powyżej – tranzystor podłączony do stabilnego odniesienia, który wypluwa stałe napięcie, upuszczając resztę.,
mają również wbudowany wzmacniacz błędu, który pobiera napięcie wyjściowe (ponownie przez dzielnik), porównuje je z napięciem odniesienia, oblicza różnicę i odpowiednio napędza tranzystor wyjściowy. Jest to dalekie od dzielnika napięcia, który wiernie replikuje sygnał wejściowy, choć tylko o wielkość mniejszą. Nie chcesz, aby tętnienie AC nakładało się na szynę napięcia stałego.
pożądane jest posiadanie tranzystora o wysokim wzmocnieniu, ponieważ tranzystory mocy są ogromnym bólem do jazdy, z żałosnymi zyskami w zakresie dwóch cyfr., Zostało to przezwyciężone przez zastosowanie tranzystorów Darlingtona, a ostatnio Mosfetów. Ponieważ te typy wymagają mniej prądu do napędu, całkowite zużycie prądu zmniejsza się. Uzupełnieniem tego jest fakt, że stosowane wewnętrznie napięcie odniesienia zużywa bardzo mało prądu.
prąd, który regulator zużywa do napędzania całego tego wewnętrznego obwodu, gdy wyjście nie jest obciążone, nazywa się prądem spoczynkowym. Im niższy prąd spoczynkowy, tym lepiej.,
sposób budowy tych regulatorów ma trzy Tranzystory na stopniu wyjściowym mocy – dwa z nich w konfiguracji Darlingtona, a drugi jako ogranicznik prądu. Kolejne złącza CE sumują się do spadku napięcia o około 2V w całym regulatorze.
to napięcie jest znane jako napięcie zaniku, napięcie, poniżej którego regulator kończy regulację.
można znaleźć urządzenia o nazwie ldos lub low dropout regulatory o spadku napięcia około 0.4 V, ponieważ używają przełącznika MOSFET.
trzy Regulatory zaciskowe
wystarczy mówić, teraz o rzeczywistych numerach części.,
najpopularniejszą serią regulatorów napięcia jest seria 78XX. Dwie cyfry po 78 reprezentują napięcie wyjściowe regulatora, na przykład 7805 to regulator 5V, a 7812 to regulator 12V. Napięcia wyjściowe dostępne ze stałymi regulatorami obejmują duży zakres od 3.3 V do 24V z ładnymi wartościami, takimi jak 5V, 6V, 9V, 15V i 18V.
Ta seria regulatorów doskonale sprawdza się w większości zastosowań, mogą obsługiwać do prawie 30V na wejściu i w zależności od pakietu do 1A prądu wyjściowego., Są wyjątkowo proste w obsłudze-podłącz pin wejściowy do napięcia wejściowego, a pin wyjściowy do urządzenia, które potrzebuje niższego napięcia i oczywiście pin uziemienia do masy.
tutaj Kondensatory odsprzęgające są opcjonalne, ponieważ wzmacniacze sprzężenia zwrotnego „odrzucają” tętnienia wejściowe i szumy, upewniając się, że nie przechodzą one na wyjście. Jeśli jednak urządzenie pobiera więcej niż kilkadziesiąt miliamperów, zaleca się co najmniej 4,7 uF na wejściu i wyjściu, najlepiej w ceramice.
ciekawą rzeczą, jaką ludzie robią, jest tworzenie prymitywnych ładowarek do telefonów za pomocą tych regulatorów., Wystarczy podłączyć baterię 9V do wejścia i odpowiednie złącze USB do wyjścia i voila, masz sobie ładowarkę awaryjną. Ta konstrukcja jest dość wytrzymała, ze względu na wbudowane zabezpieczenie termiczne na chipie.
fajną rzeczą w tego typu regulatorach napięcia jest to, że pinouty są prawie uniwersalne, więc możliwe są wymiany wtyczek. Obecnie większość pakietów „tranzystorowych” na płytkach drukowanych to regulatory napięcia, które można wybrać do innych projektów, ponieważ są tak łatwe w użyciu.,
zwiększenie prądu wyjściowego regulatorów napięcia
jednym z ograniczeń, które szybko pokonuje użyteczność, jest prąd wyjściowy, który jest poważnie ograniczony przez pakiet i sposób montażu pakietu.
istnieją warianty tych regulatorów o dużym natężeniu prądu, ale trudno je znaleźć.
jedynymi urządzeniami zdolnymi do wypluwania wysokich prądów są konwertery przełączające DC-DC, ale wartości szumów wyjściowych są straszne.
zaprojektowanie własnego regulatora liniowego wysokiego prądu jest możliwe, ale w końcu napotkasz wszystkie problemy wymienione powyżej.,
na szczęście istnieje sposób na „przejęcie” standardowego regulatora z kilkoma dodatkowymi częściami i zwiększenie prądu wyjściowego.
większość tych modyfikacji polega na dodaniu tranzystora obejściowego przez regulator i napędzaniu bazy za pomocą wejścia, jak pokazano na poniższym rysunku.
Regulatory regulowane
trzy regulatory zaciskowe są dość ładne i łatwe w użyciu, ale co zrobić, jeśli chcesz niestandardowe napięcie wyjściowe, takie jak 10,5 V lub 13V?,
oczywiście jest mniej lub bardziej możliwe przejęcie stałych regulatorów, ale wymagany obwód jest dość złożony i bije na głowę podstawowy cel prostoty.
istnieją urządzenia, które mogą wykonać zadanie za nas, najpopularniejszym jest LM317.
LM317 jest tak jak każdy inny regulator liniowy z pinem wejściowym i wyjściowym, ale zamiast pinu uziemienia jest pin o nazwie 'adjust'. Ten pin jest zaprojektowany, aby uzyskać sprzężenie zwrotne z dzielnika napięcia na wyjściu, tak aby pin był zawsze na 1.,25V, zmieniając wartości rezystancji możemy uzyskać różne napięcia. Karta danych mówi nawet: „eliminuje zapas wielu napięć stałych”, ale oczywiście dotyczy to tylko wtedy, gdy możesz sobie pozwolić na posiadanie tych dwóch rezystorów na pokładzie.
fajną rzeczą w regulatorach takich jak ten jest to, że przy niewielkiej zmianie konfiguracji mogą one również służyć jako zasilacze prądu stałego.
podłączając rezystor do pinu wyjściowego i pinu regulacji do drugiego końca rezystora, jak pokazano na rysunku, regulator stara się utrzymać stałą 1.,25V przez rezystor wyjściowy, a co za tym idzie stały prąd na wyjściu. Ten prosty obwód jest dość popularny wśród społeczności laserów diodowych.
stałe regulatory również mogą to zrobić, ale napięcia zanikowe są nieuzasadnione wysokie (w rzeczywistości Znamionowe napięcie wyjściowe). Będą działać w szczypcie, jednak, jeśli jesteś zdesperowany.
ograniczenia regulatorów napięcia
największą zaletą regulatorów liniowych jest ich prostota; nic więcej nie trzeba mówić.
jednak, jak wszystkie dobre chipy pochodzą z własnym zestawem ograniczeń.,
regulatory liniowe działają jak rezystor zmienny ze sprzężeniem zwrotnym, obniżając dowolne niepotrzebne napięcie. Podczas rysowania tego samego prądu co obciążenie. Ta zmarnowana energia jest przekształcana w ciepło, dzięki czemu regulatory te są gorące i nieefektywne przy wysokich prądach.
na przykład regulator 5V z wejściem 12V pracującym na 1A ma stratę mocy (12V – 5V)*1A, czyli 7W! To dużo zmarnowanej energii, A sprawność wynosi tylko 58%!
tak więc przy wysokich różnicach napięcia wejściowo-wyjściowego lub przy wysokich prądach regulatory mają żałosną sprawność energetyczną.,
problem różnicowego napięcia wejściowo-wyjściowego można rozwiązać za pomocą więcej niż jednego regulatora szeregowo ze zmniejszającym się napięciem wyjściowym (do żądanej wartości napięcia), tak aby napięcie spadało stopniowo. Podczas gdy całkowite rozpraszanie mocy jest takie samo jak posiadanie jednego regulatora, obciążenie cieplne jest rozłożone na wszystkie urządzenia, zmniejszając ogólną temperaturę roboczą.