رگولاتورهای خطی ولتاژ – تشریح ساختار کلی

در طراحی مدارات الکترونیکی یکی از مهمترین قسمتها بخش تغذیه مداراست.قطعات االکترونیک متفاوتی در ساختار مدارها به کار می روند که حتما می بایست به نحو مطلوب تغذیه شوند و در صورت عدم انجام تغذیه مناسب عملکرد مطلوب حاصل نخواهد شد. در این نوشتار سعی بر آن شده است تا رگولاتورهای خطی که از جمله قطعات الکترونیک بسیار پر مصرف هستند، با دیدگاهی متفاوت مورد بررسی قرار گیرند تا طراحان با دیدگاه تخصصی تر از این رگولاتورها استفاده نمایند.
یک رگولاتورولتاژ یا تثبیت ولتاژ به یک تعریف ساده مداری است که ورودی آن یک سطح ولتاژ نا مشخص در یک بازه تعیین شده است و خروجی آن تحت بارهای متفاوت یک ولتاژ ثابت است. برای درک بهتر این مطلب به شکل زیر توجه کنید:

یک رگولاتور خطی را می توان به یک مقاومت متغیر تشبیه کرد. مطابق شکل فوق سطح ولتاژ ورودی بین دو مقاومت تقسیم می شود و ولتاژ خروجی کسری از ولتاژ ورودی است که با توجه به مقدار مقاومتها قابل محاسبه خواهد بود. اگر بخواهیم مقدار ولتاژ خروجی ثابت باشد طبعا با تغییر سطح ولتاژ ورودی یا تغییر مقدار مقاومت بار می بایست مقدار مقاومت اهمی رگولاتور خطی را تغییر دهیم تا در هر صورت حاصل تقسیم ولتاژ بین مقاومت بار و مقاومت رگولاتور خطی ثابت بماند. این یک تعریف ساده در مورد عملکرد رگولاتورهای خطی است اما در حقیقت اساس کار مدارهای رگولاتور خطی می باشد.نکته مهم در خصوص عملکرد مدار فوق تغییر مقدار مقاومت رگولاتور خطی است که قطعا باید بصورت غیر دستی در مدار انجام شود.

در شکل زیر بلوک دیاگرام یک رگولاتور خطی ولتاژ آورده شده است:

اصول کار کلیه مدارهای رگولاتور خطی در بلوک دیاگرام فوق ترسیم شده است. با توجه به شکل قبلی کاملا مشخص است که اصول کار مدار همان تعریف ساده و ابتدایی است ولتاژ ورودی بین مقاومت خروجی RL و مقاومت متغییر رگولاتور Control Element تقسیم می شود و ولتاژ خروجی ایجاد می گردد. در ساختار این مدار یک مقایسه کننده با عنوان ERROR AMPLIFIER را مشاهده می کنید. این مقایسه کننده دو سطح ولتاژ را با هم مقایسه می کند ، یکی ولتاژ FEED BACK که کسری از سطح ولتاژ خروجی است و توسط المان نمونه بردار به پایه منفی اعمال شده است و دیگری سطح ولتاژ VREF که یک ولتاژ مرجع و ثابت است.
سطح ولتاژخروجی مقایسه کننده مقدار مقاومت خطی رگولاتور یا CONTROL ELEMENT راتغییر خواهد کرد. در صورتی که میزان ولتاژ FEED BACKکه آنرا ولتاژ بازخورد یا فید بک نامیده می نامند از ولتاژ مرجع بیشتر باشد خروجی مقایسه کننده به میزان تغذیه منفی آن خواهد شد این امر منجر به افزایش مقاومت خطی رگولاتور CONTORL ELEMENT می شود که کاهش سطح ولتاژ خروجی را به دنبال خواهد داشت. در صورتی که میزان ولتاژ FEED BACK از ولتاژ مرجع کمتر باشد خروجی مقایسه کننده به میزان تغذیه مثبت آن خواهد شد این امر منجر به کاهش مقاومت خطی رگولاتور CONTORL ELEMENT و افزایش سطح ولتاژ خروجی خواهد شد. به یک بیان ساده تر این مدار در شرایط متفاوت میزان هدایت مقاومت خطی رگولاتور را طوری تغییر می دهد که مقدار ولتاژفیدبک با مقدار ولتاژ مرجع یا همان VREF برابر باشد.