دانلود مقاله کننده های ولتاژ تنظیم

بخشی از مقاله

مقدمه :
در اكثر آزمايشگاههاي برق از منابع تغذيه براي تغذيه مدارهاي مختلف الكترونيكي آنالوگ و ديجيتال استفاده مي شود . تنظيم كننده هاي ولتاژ در اين سيستم ها نقش مهمي را برعهده دارند زيرا مقدار ولتاژ مورد نياز براي مدارها را بدون افت و خيز و تقريباً صاف فراهم مي كنند .

منابع تغذيه DC ، ولتاژ AC را ابتدا يكسو و سپس آن را از صافي مي گذرانند و از طرفي دامنه ولتاژ سينوسي برق شهر نيز كاملاً صاف نبوده و با افت و خيزهايي در حدود 10 تا 20 درصد باعث تغيير ولتاژ خروجي صافي
مي شود.
از قطعات مورد استفاده براي رگولاتورهاي ولتاژ مي توان قطعاتي از قبيل ، ترانسفورماتور ، ترانزيستور ، ديود ، ديودهاي زنر ، تريستور ، يا ترياك و يا آپ امپ (op Amp) و سلف (L) و خازن (C) و يا مقاومت (R) و يا ICهاي خاص را نام برد .

* عوامل موثر بر تنظيم ولتاژ :
عوامل مختلفي وجود دارند كه در تنظيم ولتاژ در يك تنظيم كننده موثرند از جمله اين عوامل را مي توان ، تغييرات سطح ولتاژ برق ، ريپل خروجي صافيها، تغييرات دما و نيز تغييرات جريان بار را نام برد .

الف)* تغييرات ولتاژ ورودي :
در تمامي وسايل الكترونيكي و يا سيستم هاي الكترونيكي و مكانيكي و غيره و در تمامي شاخه هاي علمي طراحان براي اينكه يك وسيله يا سيستم را با سيستم هاي مشابه مقايسه كنند معياري را در نظر مي گيرند كه اين معيار در همه جا ثابت است .

در يك تنظيم كننده معياري به نام تنظيم خط وجود دارد كه ميزان موفقيت يك تنظيم كننده ولتاژ در كاهش تغييرات ولتاژ ورودي را با اين معيار مي سنجند و به صورت زير تعريف مي كنيم :
فرمول (1ـ2)
كه در آن ، تغييرات ولتاژ ورودي ، تغييرات ولتاژ خروجي ، ولتاژ خروجي متوسط (DC) مي باشد .
ب)تغييرات ناشي از تغيير دما :
يكي ديگر از عاملهاي تعيين كننده در يك تنظيم كننده ولتاژ خوب تغييرات ناشي از دماست .
معياري كه تغييرات نسبي ولتاژ را برحسب دما بيان مي كند ضريب دماي تنظيم كننده نام دارد كه آن را با T.C نشان مي دهيم و بصورت زير تعريف مي شود :
(فرمول 2-2)
T.C = Temperature coefficient
در رابطه فوق ، تغييرات ولتاژ خروجي در اثر تغييرات دماي و مقدار متوسط (DC) ولتاژ خروجي است .
معمولاً TC برحسب (Parts - per - million) بيان مي شود و به صورت زير تعريف مي شود .
(فرمول 3-2)
در زير چند نمونه از مقادير ، ، و ... براي بعضي از سري
IC هاي رگولاتور ولتاژ آورده شده است .

T.C

Input voltage range Type
0.3% 0.5% 0.1% Max Min S.F.C 2100m
40 8.5
0.3% 0.1% 0.1% 40 8.5 S.F.C 2200m
0.3% 1 0.056% -8 -50 S.F.C 2204
Linear integrated circuits voltage regulators

ج)تغييرات ناشي از تغيير بار :
اكثر دانشجويان در آزمايشگاه با اين مسئله روبرو شده اند كه وقتي ما ولتاژي را از يك منبع مي گيريم و با مالتي متر اندازه گيري مي كنيم ( چه در حالت DC و چه در حالت ac ) وقتيكه به مدار وصل مي كنيم مقدار آن با حالت بدون بار كمي اختلاف دارد ، دليل آن تغيير بار است ، چون وقتي به مدار وصل نيست (بار) و وقتي به مدار وصل مي شود بار تا مقدار خيلي زيادي كم مي شود در حقيقت مقاومت بار تنظيم كننده ولتاژ ، مقاومت ورودي مداري است كه از بيرون به آن متصل مي شود و بنابراين مي تواند تغييرات نسبتاً وسيعي داشته باشد .

در يك تنظيم كننده ولتاژ ايده آل مقاومت داخلي صفر است تا تغيير مقاومت بار تأثيري در ولتاژ خروجي آن نداشته باشد . در عمل تنظيم كننده ها داراي مقاومت داخلي كمي هستند و به همين دليل كمي ولتاژ خروجي را تحت تأثير قرار مي دهند .
ميزان اين تأثيرپذيري را با معياري به نام تنظيم بار يا ، نشان مي دهيم كه بصورت زير تعريف مي شود .

فرمول (4-2)
: ولتاژ در بار كامل (حداكثر بار ) .
: ولتاژ در بي باري .

* قسمتهاي مختلف يك تنظيم كننده
الف)ترانسفورماتور:
جريان متناوب با دامنه و بسامد ثابت ، منبع اوليه انرژي الكتريكي است ( در بسياري از كشورها و از جمله ايران و اروپا منبع سينوسي با ولتاژ موثر 220 ولت و فركانس 50 هرتز به كار مي رود و در ايالات متحده اين منبع سينوسي با ولتاژ موثر 110 تا 220 ولت وفركانس 60 هرتز مي باشد ) تقريباً همه مدارهاي الكترونيكي براي تضمين كاركرد مناسب به ولتاژهاي ثابت نياز دارند.

براي مثال ، بيشتر ريزكامپيوترها به منبع هاي 5 ولتي قادر به تأمين جريان A 100 نياز دارند . ديگر سيستمهاي سيگنال ـ پرداز اغلب به منبع هاي 12 و 15 ولتي نياز دارند كه در آنها جريان حاصل با شرايط بار تغيير مي كند به علاوه بيشتر محركهاي موتور و سيستمهاي كنترل به منبع هاي dcيي نياز دارند كه سطوح ولتاژ آنها را مي توان براي برآوردن شرايط كار مطلوب تنظيم كرد .

وظيفه ترانسفورماتور ، تنظيم سطح ac به گونه اي است كه دامنه dc مناسب بدست آيد كه ترانسفورمر مي تواند از نوع افزاينده يا كاهنده باشد و ظرفيت تواني كه مي تواند جابجا كند بايد براي تغذيه بار كافي باشد و اتلافهاي يكسوساز ، پالايه و تنظيم كننده را تأمين كند . نسبت دورها ، از دامنه خروجي لازم نسبت به دامنه ورودي ac بدست مي آيد .

ب)يكسوسازها
بعد از ترانسفورماتور ، در يك منبع تغذيه ، يكسو كننده وجود دارد . وظيفه يكسوكننده تبديل ولتاژ سينوسي به سيگنال dc پالسي است .

* يكسوساز نيم موج :
با استفاده از يكسوكننده هاي نيم موج مي توان نيم سيكلهاي مثبت يا منفي يك ولتاژ متناوب را حذف نمود . ولتاژ ورودي VI معمولاً توسط يك ترانسفورماتور ورودي تأمين مي شود . چنانچه از ولتاژ آستانه هدايت ديود صرفنظر كنيم در نيم سيكلهاي مثبت ولتاژ ورودي ، ديود هدايت نموده و مي توان آن را بصورت يك مقاومت كوچك درنظر گرفت بنابراين جريان (i) در اين نيم سيكلها از تقسيم VIبر مجموع مقاومت هاي و بدست مي آيد .
اگر ولتاژ ورودي داراي شكل موج سينوسي با دامنه باشد دامنه جريان از تقسيم بر مجموع مقاومتهاي و بدست مي آيد .
اگر در مدار يك آمپرمتر DC به صورت سري قرار گيرد اين آمپرمتر مقدار متوسط جريان را نشان خواهد داد . با توجه به تعريف مقدار متوسط يك تابع متناوب داريم :
فرمول (5-2)
در انتگرال فوق به جاي متغير ( t) از متغير استفاده شده است .
ولتاژ DC دوسر مقاومت ، از ضرب مقاومت در جريان بدست
مي آيد ، كه جريان نيز از تقسيم بر عدد همانطور كه در رابطه (1) بدست آمد ، بدست مي آيد . در مورد ولتاژ دوسر ديود دو حالت وجود دارد ، اولاً هنگاميكه ديود قطع است ، تمام ولتاژ ورودي در دوسر ديود ظاهر
مي شود و ثانياً ، اگر ديود هدايت كند ولتاژ لحظه اي دوسر ديود ، بوده بنابراين ولتاژ دوسر ديود عبارت است از :
فرمول (6-2)
مقادير موثر جريان و ولتاژ نيز از روابط زير بدست مي آيد:
فرمول (7-2)
فرمول (8-2)

* بازده يكسوكننده نيم موج :
نسبت توان DC تحويلي به مقاومت بار به توان متوسط ورودي را مي توان به عنوان بازده يكسوكننده تعريف نمود كه برابر است با :
فرمول (9-2)

* يكسوساز تمام موج :
مدار يكسوساز تمام موج در حقيقت از 2 مدار نيم موج تشكيل شده كه هركدام
در يكي از نيم سيكلهاي ولتاژ سينوسي ورودي هدايت مي كند ، در نيم سيكل مثبت ولتاژ ورودي ، فقط ديود هدايت نموده و جريان را از مقاومت بار عبور مي دهد و در نيم سيكل منفي ولتاژ ورودي ، ديود هدايت نموده و جريان به مقاومت بار مي رسد .

* مقادير متوسط جريان و ولتاژ :
اگر مدار يكسوساز تمام موج را با يكسوساز نيم موج مقايسه كنيم متوجه مي شويم كه جريان در مدار تمام موج 2 برابر حالت نيم موج است .
و ولتاژ DC نيز از ضرب جريان بدست آمده بالا در مقاومت بدست مي آيد .

* حداكثر ولتاژ معكوس :
در يكسوكننده نيم موج ديديم كه وقتي ديود D در حالت قطع قرار مي گرفت تمامي ولتاژ ورودي بر روي آن ظاهر مي شد و بنابراين حداكثر ولتاژ معكوس ديود برابر بود .
در يكسوكننده تمام موج وقتي ديود قطع است ديود در حالت هدايت بوده و تقريباً اتصال كوتاه است و ولتاژ دوسر ديود برابر مي باشد و براي ديود نيز وقتي كه ديود وصل است ،

ديود قطع و اوج ولتاژ معكوس برابر مي‌باشد . بنابراين بايد بدانيم كه در انتخاب ديودها براي مدار يكسوكننده تمام موج ، اندازه ولتاژ شكست ديود از بيشتر باشد تا ديود وارد ناحيه شكست نشود .

* صافي خازني :
در شكلهاي مدارهاي يكسوكننده كه شكل موج ولتاژ خروجي در اين مدارها با شكل موج ولتاژ ورودي تفاوتي اساسي پيدا نموده و در واقع اين مدارهاي يكسوكننده از يك ولتاژي كه شامل هيچ گونه مؤلفه DC نيست يك ولتاژ DC توأم با ريپل (ripple) يا به عبارتي ناصاف بوجود مي آورد . براي حذف ريپل موجود در خروجي يكسوكننده مي توان از صافي خازني استفاده كرد اينكار بوسيله

موازي كردن يك خازن با مقاومت در مدار مثلاً يكسوكننده نيم موج بدست مي آيد . اين صافي در حقيقت مانع رسيدن فركانسهاي بالاي موجود در شكل موج ورودي ، به مقاومت بار گرديده و با اين عمل به صاف تر شدن ولتاژ خروجي كمك مي كند (صافي پايين گذر) .