رگولاتورهای خطی ولتاژ – تشریح یک مدار پایه

پس از آشنایی با اصول عملکرد رگولاتورهای خطی در مقاله تشریح ساختار کلی ، با نگاهی عمیق تر سعی بر آن خواهیم داشت تا با اصول طراحی این مدارات آشنا شویم. به مدارشکل زیر توجه کنید:

در این شکل یک مدار رگولاتور ساده  ولتاژ نمایش داده شده است .ابتدا به نحوه  نمونه برداری از ولتاژ خروجی توجه کنید. ساده ترین روش نمونه برداری در مدارات رگولاتور خطی استفاده از تقسیم مقا ومتی است. در شکل مقابل ولتاژ دو سر مقاومت R2 یا همان VFB ولتاژ نمونه برداری شده است که با ولتاژ مرجع VREF مقایسه می شود.

در مدار فوق ولتاژ مرجع توسط یک دیود زنر ساخته می شود و برابر ولتاژ شکست معکوس دیود زنر به کار گرفته شده خواهد بود. دیود های زنر دارای ولتاژ شکست معکوس ثابتی هستند و برای ساخت یک ولتاژ ثابت مرجع با دقت کم ، از این دیود ها استفاده می شود. در مدار فوق RZ نیز به عنوان کنترل کننده جریان عبوری از دیود زنر در مدار قرار گرفته است .

 همانطور که ذکر گردید ، این مدار زمانی پایدار خواهد شد که ولتاژ فید بک با  مقدار ولتاژ مرجع برابر شود بنابراین معادله ولتاژ خروجی به راحتی از رابطه زیر محاسبه می شود:

 Vref= VFB

( VFB=Vout x (R2/R1+R2

(Vout=VREF x ((R1+R2)/R2

با تعیین مقدار R1 و R2 و مشخص بودن میزان ولتاژ مرجع Vref یا همان ولتاژ شکست معکوس دیود زنر ، میتوان مقدار ولتاژ خروجی را تعیین کرد.

به عنوان مقایسه کننده نیز همان طور که مشاهده می کنید از OPAMP استفاده شده است. از یک ترانزیستور NPN نیز به عنوان المان کنترلی در مدار عمل می کند . با تغییر سطح ولتاژ خروجی OPAMP میزان هدایت آن تغییر می کند تا زمانیکه شرط پایدار شدن مدار محقق گردد.

در مدار فوق به چند نکته مهم توجه کنید:

• اگر این مدار به صورت عملی بسته شود خواهید دید که با تغییر مقاومت بار ، سطح ولتاژ خروجی مدار تغییر خواهد کرد! این مساله کمی دور از ذهن است اما در واقعیت اتفاق می افتد. برای درک بهتر این مطلب که چرا چنین اتفاقی حادث می شود باید با یک دید کنترلی به مدار نگاه کرد که این مساله در lمقالات بعدی تشریح خواهد شد.

• بسته به نوع OPAMP انتخابی مدت زمان پایدار شدن مدار متفاوت خواهد بود .

• ترانزیستور موجود در مدار معمولا توان تلفاتی زیادی خواهد داشت بنابراین انتخاب آن می بایست کاملا دقیق بوده و در صورت نیاز ترانزیستور روی گرماگیر( هیت سینک ) نصب شود.

• سطح ولتاز خروجی مدار کاملا متناسب با ولتاژ شکست دیود زنر است. با توجه به میزان پایداری این ولتاژ شکست در دماهای مختلف ، تغییر سطح ولتاژ خروجی در دماهای مختلف امر دور از انتظاری نیست.