در این آموزش قصد داریم تا شما علاقه‌مندان را به مباحث منبع تغذیه ولتاژ متغیر و رگلاتورهای ولتاژ ثابت خطی آشنا سازیم. رگلاتورهای ولتاژ ثابت خطی سه ترمیناله انتخاب خوبی برای ایجاد ولتاژهای مثبت و منفی هستند. در ادامه آموزش ما در مورد تبدیل یک ATU PSU به منبع تغذیه نیمکتی، یکی دیگر از موارد اضافه خوب به این تنظیم کننده ولتاژ LM317T مثبت است.

منبع تغذیه ولتاژ متغیر چیست؟

LM317T یک تنظیم کننده یا رگولاتور ولتاژ مثبت 3 ترمینال قابل تنظیم است که قادر به تولید خروجی ولتاژهای مختلف DC به غیر از منبع تغذیه ولتاژ ثابت از 5+ ولت  یا 12+ ولت، یا به عنوان یک ولتاژ خروجی متغیر از چند ولت تا چند مقدار حداکثر همگی با جریان در حدود 1/5 آمپر است.

با کمک مقدار کمی از مدارات اضافی اضافه شده به خروجی PSU، می‌توانیم یک منبع تغذیه نیمکتی داشته باشیم که بتواند طیف وسیعی از ولتاژهای ثابت یا متغیر ذاتی مثبت یا منفی داشته باشد. در حقیقت، این ساده‌تر از آن ترانسفورماتور است که شما فکر می‌کنید چون، یکسوسازی و هموارسازی قبلاً توسط PSU انجام شده است و پیش از این همه کاری که باید انجام دهیم اتصال مدار اضافی ما به خروجی سیم زرد 12+ ولت است. اما اولا، اجازه دهید یک خروجی ولتاژ ثابت را در نظر بگیریم.

منبع تغذیه 9 ولت ثابت

رنج وسیعی از تنظیم کننده‌های ولتاژ 3 پایانه موجود در یک بسته‌بندی TO-220 استاندارد وجود دارد که محبوب‌ترین رگولاتور ولتاژ ثابت رگولاتورهای مثبت سری 78xx هستند که از رگلاتور ولتاژ ثابت مثبت 5 ولت 7805 تا رگلاتور ولتاژ ثابت مثبت 24 ولت 7824 گسترده شده‌اند. همچنین مجموعه‌ای از رگلاتورهای ولتاژ منفی ثابت 79xx که ولتاژ منفی مکمل از 5- تا 24- تولید می‌کنند وجود دارد اما در این آموزش ما تنها بر انواع 78xx مثبت می‌پردازیم.

رگولاتور ثابت 3 ترمینال در برنامه‌های که یک خروجی قابل تنظیم مورد نیاز نیست کاربردی است، زیرا منبع تغذیه خروجی را ساده می‌کند، اما بسیار انعطاف‌پذیر است زیرا ولتاژ حاصل از آن فقط به تنظیم کننده انتخابی بستگی دارد. آنها تنظیم کننده ولتاژ 3 ترمینال نامیده می‌شوند زیرا تنها سه ترمینال برای اتصال به آنها وجود دارد و اینها به ترتیب ورودی، مشترک و خروجی هستند.

ولتاژ ورودی به تنظیم کننده سیم زرد 12+ ولت از PSU (یا منبع ترانسفورماتور جداگانه) خواهد بود و بین ترمینال‌های ورودی و مشترک متصل است. ولتاژ تثبیت شده 9+ از دو سر خروجی گرفته شده و همانطور که نشان داده شده متداول است.

مدار رگولاتور ولتاژ

بنابراین فرض کنید می‌خواهیم ولتاژ خروجی 9+ ولت از منبع تغذیه نیمکتی PSU داشته باشیم، پس تنها کاری که باید انجام دهیم اتصال یک تنظیم کننده ولتاژ 9+ ولت به سیم زرد 12+ ولت است. از آنجایی که PSU قبلاً یکسو سازی و صاف کردن خروجی 12+ ولت را انجام داده است، تنها مؤلفه‌های اضافی مورد نیاز یک خازن در ورودی و دیگری در خروجی است.

این خازن‌های اضافی به ثبات تنظیم کننده کمک می‌کنند و می‌توانند در هر جایی بین nF100 و nF330 باشند. خازن خروجی اضافی 100uF به صاف کردن محتوای موج دار ذاتی کمک می‌کند و به آن پاسخ زودگذر سریع  را می‌دهد. این خازن با مقدار بزرگ که در خروجی مدار منبع تغذیه قرار می‌گیرد معمولاً “خازن هموارکننده” نامیده می شود.

این تنظیم کننده‌های سری xx78 حداکثر جریان خروجی حدود 1.5 آمپر را در ولتاژهای ثابت شده به ترتیب 5، 6، 8، 9، 12، 15، 18 و 24 ولت به دست می‌آورند. اما اگر بخواهیم ولتاژ خروجی 9+ ولت داشته باشیم که فقط دارای یک تنظیم کننده 7805 5+ ولت باشد؟ خروجی 5+ ولت 7805 به ترمینال “زمین، Gnd” یا “v0” وصل می‌شود.

اگر این ولتاژ پایانه پین 2 را از 0 ولت به 4 ولت افزایش دهیم، خروجی نیز با 4 ولت اضافی افزایش می‌یابد، که ولتاژ ورودی کافی ارائه می‌دهد. سپس با قرار دادن یک دیود کوچک 4 ولت (نزدیک‌ترین مقدار مورد نظر 4.3 ولت) زنر بین پین 2 تنظیم کننده و زمین، می‌توانیم یک تنظیم کننده gj580, هفت تولید کنیم که ولتاژ خروجی 9+ ولت را  همانطور که نشان داده شده است ارائه می‌دهد.

افزایش ولتاژ خروجی

خب چگونه کار می‌کند. دیود زنر 4.3V نیازمند یک جریان بایاس معکوس اطراف 5 میلی آمپر برای حفظ یک خروجی است که رگلاتور حدود نیم میلی آمپر را می‌گیرد. این جریان کلی 5.5mA از طریق مقاومت “R1” از پین 3 خروجی عرضه شده است.

بنابراین مقدار مقاومت مورد نیاز برای تنظیم کننده 7805  R = 5V / 5.5mA = 910 اهم خواهد بود. دیود فیدبک، D1 متصل به ورودی به پایانه‌های خروجی برای محافظت است و از خاموش شدن ولتاژ تنظیم کننده در هنگام خاموش شدن ولتاژ منبع تغذیه جلوگیری می‌کند، در حالی که منبع خروجی روشن است و یا برای مدت زمانی کوتاهی به دلیل بار القایی زیاد مانند یک سلنوئید یا موتور فعال می‌ماند.

سپس می‌توانیم از رگلاتورهای ولتاژ 3 ترمیناله و یک دیود زنر مناسب برای تولید محدوده وسیعی از ولتاژ خروجی ثابت از منبع تغذیه میزی قبلی ما از محدوده مثبت 5 ولتا تا بالای مثبت 12 ولت استفاده کنیم. اما می‌توانیم این طراحی را با جایگذاری رگلاتور ولتاژ ثابت با یک رگلاتور ولتاژ متغیر مانند LM317T بهبود دهیم.

رگولاتور ولتاژ متغیر جریان بالا

ولتاژ در دو سر مقاومت فیدبک R1 یک ولتاژ منبع ثابت 1.25 ولت Vref است، که بین ترمینال “خروجی” و “تنظیم” تولید می‌شود. جریان ترمینال تنظیم جریان ثابت  100uA است. از آنجا که ولتاژ مرجع در دوسر مقاومت R1 ثابت است، یک جریان ثابت i از مقاومت R2 جریان می‌یابد و در نتیجه ولتاژ خروجی از:

سپس هرجریانی که از طریق مقاومت R1 جریان یابد، نیز از طریق مقاومت R2 (نادیده گرفتن جریان پایانه تنظیم بسیار کوچک تنظیم شده) جریان می‌یابد، با با جمع افت ولتاژ دو سر  R1 و R2 که با ولتاژ خروجی، Vout. معادل است بدیهی است که ولتاژ ورودی، Vin باید حداقل 2.5 ولت بیشتر از ولتاژ خروجی مورد نیاز برای تأمین توان تنظیم کننده باشد.

رگولاتور ولتاژ متغیر LM317T

همچنین رگولاتور ولتاژ LM317T دارای تنظیم بار بسیار خوبی است به شرط آنکه حداقل جریان بار بیشتر از mA 10 باشد. بنابراین برای حفظ ولتاژ منبع ثابت 1.25 ولت حداقل مقدار مقاومت فیدبک R1 باید 1.25/10mA=120Ω باشد و این مقدار می تواند در هر نقطه از 120 اهم تا 1000 اهم با مقادیر نوعی R1 حدود 220Ω تا  240Ω برای ثبات خوب باشد.

اگر مقدار ولتاژ خروجی موردنیاز Vout را بدانیم و مقاومت فیدبک R1 را 240 اهم باشد، می‌توانیم مقدار مقاومت R2 را از معادله فوق محاسبه کنیم. به عنوان مثال، ولتاژ خروجی اصلی 9 ولت برای ما  مقدار مقاومت R2 زیر را ارائه می‌دهد:

R1.((Vout/1.25)-1)=240.((9/1.25)-1)=1,488 Ω

یا 1500 اهم (1k5Ω) به نزدیک‌ترین مقدار مورد نظر.

البته در عمل، مقاومت‌های R1 و R2 معمولاً توسط پتانسیومتر جایگزین می‌شوند تا منبع تغذیه ولتاژ متغیر یا چندین مقاومت از پیش تنظیم شده تغییر یافته در صورت نیاز به چندین ولتاژ خروجی ثابت داشته باشند.

اما به منظور کاهش میزان ریاضی مورد نیاز در محاسبه مقدار مقاومت R2 هر زمان که بخواهیم یک ولتاژ خاص داشته باشیم می‌توان از جداول مقاومت استاندارد استفاده کرد همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است که با استفاده از مقادیر مقاومت E24، ولتاژ خروجی تنظیم کننده‌ها را برای نسبت‌های مختلف مقاومت‌های R1 و R2 به ما می‌دهد.

نسبت مقاومت‌های R1 بر R2

با تغییر مقاومت R2 برای پتانسیلومتر 2k اهم  می‌توانیم ولتاژ خروجی منبع تغذیه نیمکتی PSU را از حدود 1.25 ولت به حداکثر ولتاژ خروجی 10.75 (12-1.25) ولت کنترل کنیم. سپس مدار منبع تغذیه متغیر نهایی اصلاح شده ما در زیر نشان داده شده است.

مدار منبع تغذیه ولتاژ متغیر

ما می‌توانیم با اتصال یک آمپر متر و یک ولت متر به ترمینال‌های خروجی، مدار تنظیم کننده ولتاژ اصلی خود را کمی بیشتر بهبود بخشیم. این ابزارها نشانه بصری از جریان و ولتاژ خروجی از تنظیم کننده ولتاژ متغیر را نشان می‌دهد. فیوز با عمل سریع نیز می‌تواند در صورت تمایل در طرح گنجانیده شود تا همانطور که نشان داده شده، از اتصال کوتاه اضافی دیگری محافظت کند.

معایب رگولاتور ولتاژ متغیر LM317T

یکی از معایب اصلی استفاده از LM317T به عنوان بخشی از یک منبع تغذیه ولتاژ متغیر برای تنظیم ولتاژ، این است که به اندازه 2.5 ولت کاهش می‌یابد یا گرما در بین رگولاتور از بین می‌رود. به عنوان مثال، اگر ولتاژ خروجی موردنیاز +9 ولت باشد، در صورت ماندن ولتاژ خروجی در حداکثر شرایط بار، باید ولتاژ ورودی به اندازه 12 ولت یا بیشتر باشد. این افت ولتاژ در رگولاتور “قطع” نام دارد. همچنین به دلیل این افت ولتاژ هیت سینک برای خنک نگه داشتن تنظیم کننده، نیاز است.

خوشبختانه تنظیم کننده های ولتاژ متغیر  افت پایین مانند تنظیم کننده ولتاژ متغیر افت پایین نیمه هادی ملی “LM2941T” که دارای ولتاژ خروجی پایین فقط 0.9 ولت در حداکثر بار است، وجود دارد. این افت پایین با هزینه‌ای همراه است زیرا این قطعه تنها قادر به ارائه 1.0 آمپر با ولتاژ متغیر از 5 تا 20 ولت است. با این حال، ما می‌توانیم از این قطعه استفاده کنیم تا ولتاژ خروجی در حدود 11.1 ولت، فقط کمی پایین‌تر از ولتاژ ورودی داشته باشیم.

به طور خلاصه، منبع تغذیه نیمکتی ما که در آموزش قبلی از یک واحد منبع تغذیه PC قدیمی ساختیم را می‌توان تبدیل کرد تا با استفاده از LM317T برای تنظیم ولتاژ، منبع تغذیه ولتاژ متغیر را مهیا کند. با اتصال ورودی این قطعه به سیم خروجی زرد 12+ ولت PSU می‌توانیم هر دو 5+ ولت و 12+ ولت و یک ولتاژ خروجی متغیر با محدوده از حدود  2 تا 10 ولت در جریان خروجی بیشینه 1/5 آمپر را داشته باشیم. جهت خرید رگولاتور LM317T با قیمتی مناسب و کیفیتی عالی عبارت “خرید آی سی رگولاتور ولتاژ LM317T از دیجی قطعه” را در گوگل جستجو کنید.