از بین کلیه المان ها و قطعات، رگولاتورها یکی از مهم ترین و پرکاربردترین ابزارها جهت تبدیل و یا تثبیت ولتاژ به کار می روند. به کمک این ابزار می توان ولتاژ ورودی را افزایش داده و یا با کاهش آن، به مقدار ایده آل در مدار تبدیل نمود. رگولاتورها انواع مختلفی داشته که به دو دسته کلی سوییچینگ و خطی می توان آن ها را تقسیم بندی نمود. در این آموزش به تعریف رگولاتور و کاربرد هرکدام می پردازیم. در ادامه با مرجع تخصصی الکترونیک به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.
رگولاتور، تعریف و کاربرد
رگولاتورهای ولتاژ، وظیفه تثبیت ولتاژ ورودی و یا تنظیم آن بر مقدار مد نظر کاربر را بر عهده دارند. به عنوان مثال فرض کنید که ولتاژ منبع تغذیه شما ۱۲ و ولتاژ مورد نیاز دستگاه شما ۵ ولت است. به کمک رگولاتور می توانید ولتاژ ۱۲ را به ۵ تبدیل کنید. یا در برخی از موارد، نیاز به ولتاژی بیشتر از ولتاژ منبع تغذیه دارید. به طور مشابه، می توانید ولتاژ ۱۲ را به کمک رگولاتورهای افزاینده به ۲۴ ولت تبدیل نمایید. اما در این آموزش، محوریت بحث به رگولاتورهای کاهنده خواهد پرداخت.
بنابراین به کمک رگولاتورها می توانیم ولتاژ مورد نظر را در خروجی ایجاد کنیم. همانطورکه گفته شد، رگولاتورها به طور کلی به دو دسته خطی و سوییچینگ تقسیم می شوند. قسمت های بعدی به عملکرد هر یک خواهیم پرداخت.
رگولاتور خطی
رگولاتورهای خطی، رگولاتورهایی هستند که ولتاژ خروجی خود را با اتلاف توان ایجاد می کنند. به عبارت دیگر در این رگولاتورها، با ایجاد یک نوع اتصال کوتاه، ولتاژ خروجی ساخته می شود. هرچه ولتاژ ورودی با ولتاژ خروجی اختلاف بیشتری داشته باشد، این اتلاف توان زیادتر خواهد شد. در این قطعه با افزایش اختلاف ولتاژ ورودی با ولتاژ خروجی، حرارت ناشی از توان اتلاف یافته زیاده شده و رگولاتور داغ خواهد کرد. در این نوع از رگولاتور ولتاژ خروجی کمترین نوسان را دارد.
یکی از رگولاتورهای خطی پرکاربرد، رگولاتور LF33 است. به کمک این رگولاتور می توانیم خروجی ۳٫۳ ولت ایجاد کنیم. همچنین از دیگر رگولاتورهای پرکابرد و از نوع خطی، رگولاتور ۷۸۰۵ است. این رگولاتور نیز در خروجی می تواند ۵ ولت نسبت به ورودی ایجاد کند. اما نوع دیگری از رگولاتورها که اتلاف توان ناچیزی داشته و حتی می تواندد تا ۱۰۰ درصد راندمان داشته باشند، رگولاتورهای سوییچینگ هستند. در قسمت بعدی به این رگولاتورها می پردازیم.
رگولاتورهای سوییچینگ
در قسمت پیشین در رابطه با رگولاتورهای خطی صحب کردیم. رگولاتورهای خطی دارای کمترین نوسان در خروجی و اما بیشترین تلفات انرژی هستند. این در حالیست که در رگولاتورهای سوییچینگ، از آنجاییکه ولتاژ خروجی با کلید زنی(سوییچ) ایجاد می گردد، لذا توان تلفاتی نخواهیم داشت. اساس عملکرد این رگولاتور، همانند کنترل توان خروجی یک دستگاه با ماسفت هاست. در این رگولاتور ولتاژ خروجی از طریق پالس اعمال شده به ترانزیستور داخلی رگولاتور، ولتاژ خروجی کنترل خواهد شد.
رگولاتور سوییچینگ بدون اتلاف توان، ولتاژ ایده آل خروجی را می سازد. اما از آنجاییکه ولتاژ خروجی به کمک فناوری سوییچینگ ساخته می شود، لذا این ولتاژ نوسان خواهد داشت. البته به کمک ترکیب سلف و خارن، نوسانات جریان و ولتاژ کاسته خواهد شد. بدین ترتیب می توان از این regulator به شکلی ایده آل استفاده نمود. همچنین این رگولاتور به دلیل اختلاف ولتاژ ورودی و خروجی، بر خلاف رگولاتور خطی حرارت تولید نخواهد کرد. البته در صورتیکه جریان خروجی وارد محدوده بیشینه جریان قابل تحمل رگلاتور شود، حرارت نیز ایجاد خواهد شد. یکی از رگولاتورهای مهم و کاربردی از نوع سوییچینگ، رگولاتور LM2596 است. به کمک این رگولاتور می توانید ولتاژ خروجی ایده آل خود را نسبت به ورودی، ایجاد کنید. این رگولاتور به صورت آی سی و ماژول در بازار ارائه می گردد. در نوع ماژولار، سلف، خازن و قطعات مورد نیاز نیز تعبیه شده است. همچنین به کمک مولتی ترن قرار گرفته روی این قطعه، می توانید ولتاژ خروجی خود را تنها با چرخاندن ولوم مولتی ترن، تنظیم نمایید. از این رگلاتور در پروژه های بسیاری، نظیر تغذیه تغذیه ماژول SIM800L و یا ساخت منبع تغذیه ولتآژ متغیر، استفاده می گردد.
لوازم متناسب با آموزش
جمع بندی
در این آموزش به طور مختصر به بررسی رگولاتور، تعرفی و کاربرد آن پرداختیم. رگولاتورها ابزاری جهت تثبیت و تنظیم ولتاژ به کار می روند. به کمک رگولاتورها می توان ولتاژ ورودی را افزایش و یا کاهش داد. همانطور که در این اموزش به آن پرداختیم، رگولاتورها به دو دسته کلی خطی و سوییچینگ تقسیم می شوند. در نوع خطی با اتلاف توان و در نوع سوییچینگ با کلیدزنی، ولتاژ خروجی ساخته می شود. هر کدام از این دو نوع رگولاتورها دارای مزایا و معایب مخصوص به خود هستند که در این آموزش به شرح آن پرداختیم.
چنانچه مطالب این آموزش را گنک یافتید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در مطالب درج شده وجود دارد می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.
بسیار عالی. سپاس
متشکرم از لطف و همراهی شما