جلسه پنجم: رگولاتور – تثبیت کننده ولتاژ

به نام خدا

رگولاتور – تثبیت کننده ولتاژ

در اکثر سیستم‌های الکترونیکی آنالوگ و دیجیتال تامین توان الکتریکی مورد نیاز توسط منابع تغذیه تنظیم شده صورت می‌گیرد.
به منظور تثبیت (ثابت نگه داشتن) ولتاژ مورد نظر در نقاط مختلف مدار از آی سی های رگولاتور استفاده می کنیم. تثبیت به این منظور انجام می شود که ما در مداری نیاز به یک ولتاژ ثابت، مثلا ۵ ولت dc دایم ولی نوساناتی در ولتاژ ورودی به مدار ما وجود دارد که بر عملکرد مدار تاثیر می گذارد از این رو از آی سی رگولاتور به منظور تثبیت کننده ولتاژ استفاده می کنیم.
منابع تغذیه DC، ولتاژ AC برق شهر را ابتدا یکسو و سپس آن را از صافی می‌گذراند. ولتاژ خروجی صافی صاف نبوده و با افت و خیزهایی همراه است. از طرف دیگر دامنه ولتاژ سینوسی برق شهر نیز کاملاً ثابت نبوده و با نوساناتی در حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد، باعث تغییر ولتاژ خروجی صافی می‌شود. اکثر سیستم‌های الکترونیکی تحمل تغییرات ولتاژ بیش از ۱ درصد را نداشته و برای حذف تغییرات اضافی از مدارهای تنظیم کننده ولتاژ(رگولاتور ولتاژ:Voltage regulator) استفاده می‌نمایند.

با ورود تنظیم‌کننده‌های آی‌سی به بازار استفاده از آنها رو به فزونی گذاشت و دلیل این امر را می‌توان در قیمت مناسب ، سادگی عملکرد ، حفاظت اتصال کوتاه ، ضریب تثبیت ولتاژ مناسب ، اطمینان عملکرد و… دانست . آی سی‌های رگولاتور در دو نوع ثابت و متغیر عرضه می‌شوند . از انواع آی سی‌های متغیر می‌توان به سری‌های LM اشاره کرد . (به عنوان مثال LM317 و LM337 ) آی سی‌های ثابت به دو نوع ۷۸ (رگولاتورهای مثبت) و ۷۹ (رگولاتورهای منفی) تقسیم می‌شوند. روی رگولاتورها شماره‌ای به صورت xx78 و ۷۹xx ذکر شده‌است که اعداد xx نشانگر ولتاژ خروجی می‌باشد . ( مثلاً ۷۸۰۵ ولتاژ خروجی ۵+ و ۷۹۱۲ ولتاژ خروجی ۱۲- تولید می کند ) .

البته سری های دیگری هم مانند LF و یا PQ وجود دارند ولی به رگولاتور های پرکاربرد در پاراگراف بالا اشاره شد .

در شکل های زیر شما رگولاتور های سری ۷۸ را می بینید. همان طور که مشاهده می شود این رگولاتور ها در پکیج های متفاوتی ساخته می شوند. دلیل این امر هم فضای کاری متفاوت، توان های قابل تحمل متفاومت، حداکثر جریان قابل تحمل متفاوت و … است .

همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید در رگولاتور های سری ۷۸ اولین پایه از سمت چپ ولتاژ ورودی ما خواهد بود، پایه دوم به منفی منبع یا همان زمین مدار وصل می شود و پایه سوم نیز ولتاژ خروجی ما خواهد بود . این را هم درنظر داشته باشید که می توان از قسمت فلزی رگولاتور( همان جایی که یک سوراخ دایره ای دارد) نیز به عنوان زمین مدار استفاده کرد، به عبارتی قسمت فلزی به پایه دوم(وسطی) متصل است .

حداکثر جریان رگولاتور های سری ۷۸ عموما یک آمپر است.
در رگولاتورهای سری ۷۸xx ولتاژ ورودی باید حداقل دو یا سه ولت بیشتر از خروجی آنها باشد. حداقل ولتاژ ورودی و همچنین ولتاژ خروجی آنها در زیر به طور مختصر آمده است:

حداقل ولتاژ ورودی—————— ولتاژ خروجی ————————-شماره مدل
۷٫۹——————————————–۵————————————۷۸۰۵
۱۲٫۱——————————————-۹————————————۷۸۰۹
۱۵٫۶——————————————-۱۲———————————–۷۸۱۲
۲۲——————————————–۱۸———————————–۷۸۱۸
۲۷٫۱——————————————۲۱———————————–۷۸۲۴

در شکل زیر شما نمای جلویی رگولاتور متغیر lm317 را مشاهده می کنید. همان طور که در شکل مشخص است، پایه اول از سمت چپ پایه ایست که به نحوی به یک پتانسیومتر متصل خواهد شد تا با تغییر مقاومت پتانسیومتر ولتاژ خروجی تغییر کند. پایه دوم، ولتاژ خروجی رگولاتور ما خواهد بود. پایه سوم نیز ولتاژی است که برای عمل تنظیم ولتاژ وارد رگولاتور ما خواهد شد. همان طور که می بینید، قسمت فلزی رگولاتور به پایه وسط یعنی پایه مربوط به ولتاژ خروجی، متصل است.
حداکثر جریان قابل تحمل رگولاتور سری ۳۱۷ عموما ۱٫۵ آمپر است.

برای بررسی بیشتر و دقیق تر این رگولاتور ها از جمله اطلاعات مربوط به توان قابل تحمل، ابعاد دقیق، جریان قابل تحمل، محدوده ولتاژ ورودی، مدار های راه انداز مختلف و … به برگه اطلاعات(دیتاشیت) این آی سی ها موجود در سایت های دیتاشیت مراجعه کنید. البته سعی می شود دیتاشیت بعضی از قطعات مهم در سایت آوات روبو قرار داده شود.

در شکل زیر یک مدار راه انداز ساده از رگولاتور ۷۸۰۵ دیده می شود . البته اگر نویز مدار (سیگنال های ناخواسته) برایتان مهم نیست می توانید خازن ها را بردارید .

اگر احیانا در حال گیج شدن هستید!!! نگران نباشید، با بستن مدار های عملی که در جلسه های آینده مطرح خواهند شد این مبحث کاملا برای شما باز می شود.

در شکل مقابل نیز یک مدار راه انداز ساده از رگولاتور LM317 می بینید. مقاومت شماره ۲ یک پتانسیومتر است که با چرخاندن محور آن(تغییر مقاومت)، ولتاژ خروجی ما تغییر می کند. در ضمن ولتاژ خروجی رگولاتور LM317 با تأمین ولتاژ ورودی مناسب، می تواند از ۱٫۲ ولت تا ۳۷ ولت تغییر کند.

توصیه می کنم بعد از تمام کردن این جلسه، نگاهی به دیتاشیت رگولاتور های مختلف بیاندازید .

چند مدار کاربردی از رگولاتور ها (فقط محض آشنایی) :

برای دانلود این مقاله و سایر مقاله های سری آموزش هدف دار رباتیک به لینک زیر مراجعه نمایید.