تعداد صفحات: ۵۶ | قابل ویرایش
چکیده
این مقاله درباره عملکرد رگولاتورهای خطی ولتاژ می‌باشد. متداول‌ترین روش‌های رگولاسیون مطرح خواهند شد. در قسمت رگولاتورهای خطی، انواع استاندارد، LDO و نیمه LDO به همراه مثالهای مداری ، تشریح خواهند شد.
البته رگولاتورهای سویچینگ دارای انواع کاهشی، کاهشی – افزایشی ، افزایشی و بازگشتی نیز وجود دارند. همچنین مثالهایی از کاربردهای عملی با استفاده از این رگولاتورها ارائه می‌شود.
مقدمه
رگولاتور خطی بلوک ساختاری اساسی تقریبا هر منبع تغذیه الکترونیکی می‌باشد. استفاده از IC رگولاتور خطی آسان است و بطور کامل حفاظت شده (fool proof) می‌باشد و آنقدر ارزان است که معمولا یکی از ارزان‌ترین اجزای یک سیستم الکترونیکی می‌باشد.
این مقاله اطلاعاتی برای درک عمیق‌تر عملکرد رگولاتور خطی ارائه می‌دهد و کمک می‌کند تا کاربردها و مشخصه‌های رگولاتور به خوبی معلوم گردد. تعدادی مدار واقعی از رگولاتورهای تجاری که در حال حاضر موجودند، ارائه می‌شود.
محصولات جدید در حوزه تنظیم کننده‌های LDO واقع شده اند که در بسیاری از کاربردها، مزایای بیشتری نسبت به رگولاتورهای استاندارد ارائه می‌دهند.
انواع رگولاتورهای خطی (LDO ، استاندارد و نیمه LDO)
سه نوع اساسی از رگولاتورهای خطی شرح داده می‌شود : رگولاتور استاندارد (شامل دارلینگتونNPN ) ، Low-Dropout یا رگولاتور LDO و رگولاتور نیمه LDO .
مهمترین تفاوت این سه نوع رگولاتور ، ولتاژ dropout می‌باشد که کمترین افت ولتاژی است که برای حفظ رگولاسیون ولتاژ خروجی مورد نیاز است. نکته مهمی که باید در نظر گرفت این است که رگولاتور خطی با کوچکترین ولتاژی کار کند که کمترین تلفات توان داخلی وبیشترین راندمان را داشته باشد.
رگولاتور LDO به کمترین مقدار ولتاژ نیاز دارد، در حالی که رگولاتور استاندارد به بیشترین مقدار ولتاژ احتیاج دارد. تفاوت مهم دیگر رگولاتورها ، جریان پایه زمین است که رگولاتور در زمان تحریک یا به راه اندختن جریان بار مشخص شده‌اش به آن نیاز دارد.
رگولاتور استاندارد کمترین جریان پایه زمین را دارد ، در حالی که نوع LDO به طور کلی بالاترین جریان را دارد (این تفاوتها در بخش‌های بعدی شرح داده خواهد شد). جریان افزایش‌یافته پایه زمین ، نامطلوب است زیرا یک جریان هدر رفته می‌باشد. به این دلیل که باید منبع آنرا تامین کند ولی به بار داده نمی‌شود.
رگولاتور (NPN) استاندارد
در اولین رگولاتورهای ولتاژ ساخته شده به صورت IC ، برای قطعه عبوری از پیکربندی دارلینگتون NPN استفاده شد و آنها به عنوان رگولاتورهای استاندارد معرفی شدند.
نکته مهم در رگولاتورهای استاندارد این است که برای رگولاسیون خروجی ، ترانزیستور عبوری به یک ولتاژ کمینه که با رابطه زیر داده می‌شود، نیاز دارد:
VD(MIN)= ۲VBE + VCE
این ولتاژ در گستره دمایی ۵۵- درجه تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد، بوسیله کارخانه بین حدود ۵/۲ تا ۳ ولت تنظیم می‌شود تا محدودیت‌های عملکرد تعیین شده ، تضمین گردد. ولتاژی که خروجی به ازای آن واقعا از حالت رگولاسیون خارج می‌شود ( که ولتاژ dropout نام دارد)، برای رگولاتور استاندارد ، مقداری بین ۵/۱ تا ۲/۲ ولت دارد ( که هم به جریان بار وهم به دما وابسته است).
ولتاژ dropoutرگولاتور استاندارد ، بالاترین (بدترین) مقدار را در بین این سه نوع رگولاتور دارد. جریان پایه زمین در این رگولاتور خیلی کم است (LM309 می‌تواند جریان بار یک آمپر را با جریان پایه زمین کمتر از ۱۰ میلی‌آمپر تامین نماید).
علتش این است که جریان تحریک بیس ترانزیستور عبوری (که به پایه زمین می‌رسد) برابر است با جریان بار تقسیم بر بهره قطعه عبوری. در رگولاتور استاندارد، شبکه قطعه عبوری از یک ترانزیستور PNP و دو ترانزیستور NPN تشکیل یافته است که در نتیجه بهره جریان کل آن خیلی زیاد است(بیشتر از ۳۰۰).
نتیجه استفاده از یک قطعه عبوری با چنین بهره جریان بالایی این است که به جریان خیلی کوچکی برای تحریک بیس ترانزیستور عبوری نیاز است که به جریان پایه زمین کمتری منجر می‌شود. جریان پایه زمین این رگولاتور کمترین (بهترین ) مقدار را در بین سه نوع رگولاتور دارد.
