دنیای ولتاژها از نگاه رگولاتور ها

تثبیت ولتاژ توسط رگولاتورهای سری LM78xx, LM317, TL783:
 یک پیشنهاد فوق‌العاده برای جایگزینی LM317  باقابلیت تحمل ولتاژ بالاتر از 100 ولت:

الکتریسیته نیروی است که دنیا را بهتر و زندگی را راحت‌تر کرده است. در دنیای امروزی تک‌تک افراد روی کره زمین با اشکال گوناگون، به‌صورت مستقیم و یا غیرمستقیم با برق و ادوات الکترونیکی سروکار دارند.

امروزه دستگاه‌‌‌ها بیشتر و بیشتر به نیروی منعطفِ الکتریسیته وابسته می‌شوند. هرکدام از این وسایل به مقداری معین از نیروی الکتریسیته نیاز دارد. به‌طور مثال وقتی می‌خواهید از تلویزیون استفاده کنید، باید آن را به پریز برق متصل کنید تا انرژی لازم برای روشن شدن آن تأمین گردد. برای استفاده از لامپ باید کلید آن را زده شود تا جریان الکتریسیته برقرار گردد و لامپ روشن شود. این رویه برای تمامی وسایل الزامی است.

ولی این لوازم از انرژی الکتریسیته به چه شکل استفاده می‌کنند؟ چطور می‌توان برق شهری را طوری رام کرد تا بتوان برای شارژ کردن موبایل خود از آن استفاده کرد؟

اینجاست که باید مفاهیمی مثل سطح ولتاژ و جریان را درک کرد. هر دستگاهی برای کار کردن، نیاز به مقدار مشخصی از نیروی الکتریسیته دارد. تعیین این سطوح ولتاژی توسط مدارات رگولاتوری انجام می‌شود. دنیای تغذیه با رگولاتورها یکی از وسیع‌ترین و پرکاربردترین مباحث الکترونیک است. طراحی یک مدار خوب تغذیه می‌تواند به‌راحتی سرنوشت نهایی یک پروژه را تحت تأثیر قرار دهد.

در اینجا قصد داریم نگاهی گذرا به سه عدد از رگولاتورهای پرمصرف با شماره‌های LM78XX, LM317 و TL783 بیندازیم.

سری LM78XX:

سری LM78XX یکی از ساده‌ترین و پرمصرف‌ترین رگولاتورهای ساخته‌شده به‌دست بشر هستند. این رگولاتور دارای محاسن و معایب خاص خود است. بهتر است برای درک راحت‌تر، آن را در قالب یک پروژه تشریح کنیم:

برای مثال فرض کنید به یک منبع تغذیه 5 ولت احتیاج دارید. در ساده‌ترین حالت مداری شبیه شکل بالا موردنیاز است. مداری که شامل یک ترانسفورماتور، چهار عدد دیود، دو عدد خازن الکترولیت و دو عدد خازن ظرفیت پایین و یک رگولاتور LM7805 است.

به همین راحتی می‌توانید سطح ولتاژ برق شهر را با استفاده از ترانسفورماتور به حداقل 7 ولت و حداکثر 35 ولت کاهش دهید( می توانید این مقدار را با ولت متر اندازه گیری نمایید.). البته تجربه شخصی نشان داده است که هرچه ولتاژ ورودی با ولتاژ خروجی اختلاف کمتری داشته باشد، کارکرد مدار بهتر خواهد بود. به‌عنوان‌مثال اگر برای ساخت 5 ولت، از رگولاتور LM7805 استفاده می‌کنید بهتر است از ترانسفورماتور 9 ولتی استفاده نمایید. البته می‌توانید از ترانسفورماتور 24 ولتی هم استفاده کنید ولی در این حالت تلفات حرارتی به‌شدت زیاد است؛ در حدی که ممکن است رگولاتور شما حتی بدون بار بسوزد. پس باید رعایت این مسئله را بکنید. درنهایت سعی کنید از هیت سینک مناسبی برای رگولاتور استفاده کنید تا زیر بار نسوزد.

این مدار می‌تواند حداکثر 1 آمپر را در خروجی تأمین کند. بَنا به تجربه شخصی، توصیه می‌کنم با توجه به شرایط مناسب، حداکثر 500 میلی‌آمپر به‌صورت مداوم خروجی مصرف کنید.

خب تغذیه 5 ولتی خود را با کمترین ادوات ساخته‌اید. از کار کردن با آن لذت ببرید!

رگولاتور LM317:

حال فرض کنید احتیاج به سطح ولتاژ نامتعارفی دارید یا می‌خواهید یک منبع تغذیه متغیر داشته باشید. چه باید کرد؟

اینجاست که رگولاتوری مثل LM317 به کمک شما می‌آید. این رگولاتور بسیار منعطف است و می‌تواند رنج وسیعی از ولتاژ را برای شما تأمین کند.

این مدار هم به همان سادگی قبل است با این تفاوت که می‌توانید با تغییر ولوم R1 سطح ولتاژ خروجی را تغییر دهید. این رگولاتور در ورودی، حداکثر 28 ولت می‌تواند دریافت کند و خروجی می‌تواند از 1.25 ولت تا حداکثر ولتاژ تغییر کند. LM317  پایداری خوبی دارد و کمک مؤثری در تأمین ولتاژهای موردنیاز شما می‌کند. برای کار با این رگولاتور نرم‌افزارهای متعددی وجود دارد. نرم‌افزار زیر نمونه‌ای از آن‌هاست:

در این نرم‌افزار کافی ست ولتاژ موردنظر را در فیلد Uout وارد کرده و مقدار مقاومت R1 را مثلاً 470 اهم وارد می‌کنیم. سپس با زدن کلید? R2، مقدار مقاومت R2 مشخص می‌گردد. می‌توانید نرم‌افزار را از لینک زیر دانلود کنید:

( منبع نرم‌افزار زیر: ulrichradig.de)

LM317Calc.zip

خب تا حالا توانسته‌اید در رنج وسیعی ولتاژهای خود را تأمین کنید.?

[box type=”error” fontsize=”14″ radius=”3″]اخطار: در استفاده از ولتاژهای بالای 60 ولت باید رعایت موارد ایمنی و برق‌گرفتگی انجام شود. جریان الکتریسیته نزدیک‌ترین راه را برای عبور پیدا می‌کند؛ حتی اگر بدن شما باشد. [/box]

هم‌اکنون برای جایگزینی LM317 با ولتاژ ورودی بسیار زیاد، یک پیشنهاد فوق‌العاده خواهیم داشت.

رگولاتور TL783:

حال اگر به ولتاژهای بالای 28 ولت نیاز داریم چه باید کرد؟ آیا مجبوریم از سیستم‌های پیچیده استفاده کنیم؟

در جواب سؤال مطرح‌شده باید عرض کنم مطمئناً این‌طور نیست. در اینجاست که رگولاتور TL783 به کمک می‌آید. کارکرد این رگولاتور تقریباً شبیه به LM317 است با این تفاوت که ورودی آن می‌تواند تا 125 ولت بالا برود. در خروجی هم از 1.25 تا 115 ولت را می‌تواند تحویل دهد.

(البته در این قبیل موارد ما از مدارات و یا رگولاتورهای سویچینگ استفاده می‌کنیم. ان‌شالله در پست‌های بعدی بیشتر به آن‌ها اشاره خواهیم کرد.)

البته لازم به ذکر است که در این رگولاتورها به علت تلفات حرارتی شدید نمی‌توان انتظار جریان زیادی را داشت و برای تأمین جریان باید از دیگر قطعات کمک گرفت. به‌هرحال هر مداری موهبت و محدودیت‌های خاص خود را دارد که نسبت به شرایط باید آن‌ها را تعمیم داد. با استفاده از قطعات، در مدار زیر می‌توان در تمامی رنج ولتاژ، جریانی حدود 500 میلی‌آمپر را تحویل گرفت.

دقت کنید که در مداراتِ ذکرشده، ولتاژ قطعات مصرفی باید مطابق با حداکثر ولتاژ ورودی باشد. به‌عنوان‌مثال، در صورت استفاده از ولتاژ ورودی 125 ولت، باید از خازن‌هایی با حداقل ولتاژ 200 ولت استفاده گردد.

درنهایت باز متذکر می‌شوم در که هنگام کار با ولتاژهای بالای 60 ولت، نهایت دقت و موارد ایمنی را به عمل‌آورید.