3 kiinteän jännitteen säätimet - työ- ja sovelluspiirit

Nykyisin saatavilla olevat 3 suosittua kiinteää päätelaitetta ovat IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 ja IC 7824, jotka vastaavat kiinteitä jännitelähtöjä 5 V, 9 V, 12 V, 15 V ja 24 V .

Näitä kutsutaan kiinteiksi jännitteen säätimet koska nämä IC: t pystyvät tuottamaan erinomaisia ​​stabiloituja kiinteitä DC-lähtöjännitteitä vasteena paljon korkeammalle säätelemättömälle DC-tulojännitteelle.

Näitä huippuluokan monoliittisia jännitesäätimiä voidaan ostaa nykyään erittäin halvalla, mikä on yleensä halvempaa ja monimutkaisempaa työskennellä verrattuna rakentamiseen erillinen säädinpiiri vastaavia.

Nämä 3-terminaaliset säätimet on uskomattoman helppo kytkeä, kuten voidaan nähdä alla olevasta piirikaaviosta, joka osoittaa standardimenetelmän, jolla nämä piirit toteutetaan.

IC: n kolme päätelaitetta on ilmeisistä syistä nimetty nimillä tulo, yhteinen ja lähtö .

Syöttö positiivinen ja negatiivinen on yksinkertaisesti kytketty IC: n tulo- ja vastaavien liittimien yli, kun taas säädetty vakaa jännite hankitaan lähtöön ja yhteisiin liittimiin.

Ainoat valinnaisesti vaaditut erilliset ulkoiset osat ovat kondensaattori IC: n tulo- ja lähtöjohdoissa. Nämä kondensaattorit ovat välttämättömiä laitteen lähtöohjauksen tason parantamiseksi ja transienttivasteen parantamiseksi. Näiden kondensaattorien mikrofaradiarvot eivät yleensä ole kriittisiä, ja siksi ne ovat yleensä mitä tahansa välillä 100 nf, 220 nf tai 330 nf.

78XX-sarjan säätimien tyypit

suosituimmat ja yleisimmin käytetyt kiinteän jännitteen tyypit , monoliittiset jännitesäätimet ovat 78XX-sarjan positiiviset säätimet ja 79XX-sarjan negatiiviset säätimet.

Nämä löytyvät 3 ulostulovirran spesifikaatiosta. Ne tarjoavat sinulle 9 positiivista tyyppiä ja yhdeksän 9 negatiivista tyyppiä, kuten alla olevasta kaaviosta käy ilmi.

Näillä 78XX-sarjan IC: llä on ylimääräisiä jännitearvoja sekä positiivisissa että negatiivisissa muodoissa. Näiden 78XX-säätimien vakioalueet ovat 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V ja 24 V, jotka vastaavat IC: itä 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824 IC.

Monissa näistä laitteista on loppunumerot tai numerot painettuna numerona valmistajasta tai tuotemerkin tyypistä riippuen.

Ne kaikki ovat kuitenkin olennaisesti samat ja saman luokituksen. Useat osa-edustajat eivät todellakaan mainosta näitä IC: itä tyyppinumerolla, vaan vain osoittavat niiden napaisuuden, jännitteen ja virran tiedot ja toisinaan viittaamalla heidän pakettityyliinsä.

Pääpiirteet

Näissä piirisarjoissa on sisäänrakennettu virranrajoitus ja oikosulkusuoja lähtökuormalle. Keskisuurissa ja suuritehoisissa 78XX-sarjan säätimissä tämä ominaisuus on yleensä taittotyyppiä. Taittovirran rajoitus on tila, jossa lähtövirta yksinkertaisesti ei vastaa lähtövirtaan automaattisen virranrajoituksen vuoksi.

Mikä on taittovirran raja

Taittovirran rajoittavan piirin taittoreaktio voidaan todeta seuraavasta kuvasta, joka osoittaa selvästi, kuinka lähtövirta minimoi ylikuormitusolosuhteissa tyypillisesti alle 50 prosenttiin ihanteellisesta lähtövirrasta. Ensisijainen syy taittovirran rajoittamisen käyttämiseen on se, että se vähentää merkittävästi säätimen sisäistä hajoamista oikosulkutilanteissa.

Taittovirran rajoittava vaste voidaan ymmärtää seuraavasta selityksestä:

Oletetaan, että meillä on 7805 IC, jossa on 10 V: n tulo, ja se menee oikosulkuun lähtöliittimiensä yli. Tässä tilanteessa tavanomaisessa virtatyypissä IC: n lähtöä rajoittamalla jatketaan 1 ampeerin virran tuottamista, jolloin saadaan 10 watin hukka. Mutta erityisellä taittovirralla, joka rajoittaa oikosulkuvirtaa, voi olla rajoitettu noin 400 mA, mikä johtaa laitteen vain 4 watin hajaantumiseen.

Lämpösammutusominaisuus

Suurimmalla osalla monoliittisia jännitesäätimiä on myös sisäänrakennettu lämpösulkusuojapiiri. Tämä ominaisuus auttaa vähentämään lähtövirtaa, jos laite käy läpi ylikuumenemisen.

Tämäntyyppiset jännitteen säätöpiirit ovat seurauksena erittäin vankkoja, eivätkä ne koskaan vaurioidu helposti, vaikka niitä käytetään väärin. Yksi tapa, jolla ne voidaan tuhota, on käyttämällä suurta syöttöjännitettä kuin määritetty alue.

Löydät vaihtelut eri toimittajien määrittelemissä suurimmissa siedettävissä tulojännitteissä näille saman tyyppisille IC-piireille, vaikka 25 volttia on ilmeisesti pienin tarjottu alue kaikille 5 voltin laitteille (7805). Suuremmat jännitesäätimet pystyvät käsittelemään vähintään 30 volttia, kun taas 20 ja 24 voltin muunnoksille tuloalue on jopa 40 volttia.

Jotta piiri toimisi oikein, tulojännitteen on oltava 2,5 volttia korkeampi kuin vaadittu lähtöjännite, paitsi 7805-säätimelle, jossa tulojännitteen oletetaan olevan vain hieman yli 2 V vaaditun 5 V -ulostulon yläpuolella, mikä tarkoittaa, että sen tulisi olla vähintään 7 V.

Valmiustilavirta ilman kuormaa

Näiden IC: iden lepovirta tai tyhjäkäynnin virrankulutus ilman mitään kuormitusta ulostulossa voi olla välillä 1-5 mA, vaikka joissakin erittäin suuritehoisissa muunnoksissa tämä voi olla jopa 10 mA.

Linjan ja kuorman säätö

Kaikkien 78XX-säädinpiirien linjasäätö on alle 1%. Tämä tarkoittaa, että lähtöjännite voi näyttää alle 1%: n vaihtelun riippumatta tulojännitteen vaihtelusta tulo- ja maksimijännitealueesta.

Kuormituksen säätö on myös yleensä alle 1% useimmille näistä laitteista. Nämä ominaisuudet varmistavat, että lähtö tuottaa nimellisen vakion lähtöjännitteen edelleen lähtökuormitusolosuhteista riippumatta.

Useimpien näiden säätöpiirien aaltoilun hylkimisominaisuus on 60 dB: n läheisyydessä, ja ulostulotason taso voi olla alle 100 mikrovolttia.

Tehohäviö

Kun käytät näitä 78XX-säätöpiirejä, sinun on muistettava, että nämä piirit on luokiteltu käsittelemään vain rajallisen määrän tehohäviötä. Siksi suurimmalla lähtökuormalla tulojännitteen ei pitäisi koskaan ylittää muutamaa volttia suurempaa kuin suurin sallittu tuloraja.

Suurin tehohäviö normaalissa huonelämpötilassa (25 astetta) pienen, keskitason ja suuren tehon 78XX -laitteilla on vastaavasti 0,7 wattia, 1 watti ja 2 wattia.

Edellä mainittua rajoitusta voitaisiin parantaa merkittävästi 1,7 wattiin, 5 wattiin ja vastaavasti 15 wattiin, jos laitteet asennetaan olennaisesti suurelle jäähdytyselementille. Kaikissa näissä säätölaitteissa haihdutettu teho on verrannollinen tulo- ja lähtöjännitteiden eroon kerrottuna lähtövirralla.

Kuinka soveltaa jäähdytyselementtiä 78XX-piiriin

Tässä tilanteessa, kun laite on täysin kuormitettu noin 800 mA: lla, haihtuminen laitteesta voi olla jopa 4 wattia (0,8 A x 5 V = 4 W).

Tämä näyttää olevan kaksi kertaa enemmän kuin suurin sallittu 2 watin PD 7815-laitteelle. Tämä tarkoittaa, että ylimääräinen 2 wattia on kompensoitava jäähdytyselementin kautta.

Laaja valikoima jäähdytyselementtejä on yleensä saatavana markkinoilla, ja ne tunnistetaan tietyn asteen / watin luokituksella.

Tämä luokitus osoittaa periaatteessa lämpötilan nousun, joka aiheutuu jokaisesta yksittäisestä jäähdytyselementin kautta haihdutetusta tehosta. Tämä osoittaa myös, että suuremmalla jäähdytyselementillä astetta wattia kohti lasketaan suhteellisesti.

Pienin jäähdytyselementin koko, joka tarvitaan 78xx-säädinlaitteelle, voitiin määrittää seuraavalla tavalla.

Meidän on ensisijaisesti selvitettävä nimellinen ilmakehän lämpötila, jossa laitetta käytetään. Paitsi jos laitetta todennäköisesti käytetään epätavallisen lämpimässä ympäristössä, noin 30 astetta voidaan pitää kohtuullisena oletuksena.

Turvallisen lämpötilan luokitus

Seuraavaksi voi olla välttämätöntä oppia maksimi turvallisen lämpötilan luokitus tietylle 78XX-säätimen IC: lle. Monoliittisilla 78XX-säätimillä tämä alue voi olla 125 astetta. Tämän sanottuaan tämä on itse asiassa risteyslämpötila eikä kotelon lämpötila, jota IC kestää.

Absoluuttinen suurin sallittu tapauslämpötila on noin 100 astetta. Siksi on tärkeää olla antamatta laitteen lämpötilan nousta yli 70 celsiusastetta (100 - 30 = 70).

Koska 2 watin teho voi johtaa korkeintaan 70 asteen lämpötilan nousuun, on hyvä jäähdytyselementti, joka on mitoitettu hajoamaan enintään 35 celsiusastetta / watti (70 astetta jaettuna 2 watilla = 35 astetta wattia) tarpeeksi.

Käytännössä tulisi käyttää suhteellisen suurta jäähdytyselementtiä, koska lämmönsiirto ei koskaan ole kovin tehokasta useimmissa tapauksissa.

Pitkäkestoisen vakauden saavuttamiseksi on lisäksi varmistettava, että laitetta käytetään ihanteellisesti hieman alle nimellisen suurimman sallitun lämpötila-alueen.

Jos mahdollista, varmista kohtuullinen marginaali +/- 20 astetta tai ehkä enemmän.

Kun säätöpiiri IC on suljettu astian sisälle ja peitetty pois vapaasta ilmakehästä, säiliöön jäänyt ilma voi lämmetä säätimen haihdutuksella. Tämä voi puolestaan ​​saada piirilevyn muut herkkiä osia toimimaan lämpimämmissä olosuhteissa. Tällainen tilanne saattaa edellyttää suurempaa jäähdytyselementtiä säädinpiirille.

Sovelluspiirit

Tyypillinen kiinteän jännitteen 78XX monoliittista jännitesäätöä käyttävän virtalähteen sovelluspiiri voidaan nähdä alla.

Tässä suunnittelussa säätöpiirinä käytetään 7815 IC: tä, joka antaa meille noin +15 volttia noin 800 mA: n virralla.

Käytetyn muuntajan nimellisjännite on 18-0-18V toisiolle, jonka nimellisvirta on 1 ampeeri.

Se on kytketty push-pull-täyden aallon tasasuuntaajaan, joka tuottaa noin 27 V DC: n kuormittamattoman jännitteen suodatettuaan C1: n läpi.

Kondensaattorit C2 ja C3 toimivat kuten tulo- ja lähtöerotuskondensaattorit, jotka tulisi kiinnittää suhteellisen lähemmäs IC: n runkoa. Kun lähtökuormitus on täynnä, näet IC1: lle syötetyn tulojännitteen saavuttavan tason 19 - 20 volttia, mikä sallii noin 5 voltin eron säätimen tulossa / lähdössä.

Kuinka tehdä kaksoisvirtalähde

Koska kiinteän jännitteen 78XX monoliittisia säätimiä voidaan ostaa sekä negatiivisina että positiivisina muunnelmina, ne näyttävät täydelliseltä toteutuksessa kaksi tasapainotettua virtalähdettä .

Kun esimerkiksi tarvitaan säännelty syöttö op amp-pohjainen piiri 12 voltin positiivisilla ja negatiivisilla jännitteillä 100 mA: lla voidaan soveltaa seuraavassa kuvassa esitettyä mallia.

Tässä esimerkissä T1 on 15-0-15 voltin muuntaja, jonka nimellisvirta on 200 mA tai enemmän. Löydät pari push-pull-täyden aallon tasasuuntaajaa D2 ja D3, jotka antavat sinulle positiivisen ulostulon.

D1 yhdessä D4: n kanssa tuottaa negatiivisen tuloksen. Positiivinen syöttö suodatetaan C1: llä, kun taas negatiivinen linja puhdistetaan ja suodatetaan C2: lla.

IC1 antaa sinulle säännellyn positiivisen syöttötehon, kun taas IC2 toimii kuin negatiivinen syöttösäädin. C3 - C6 on sijoitettu erottavien kondensaattoreiden tapaan, jotta voidaan parantaa lähtötehokkuutta parempana vasteena piikkeille, melulle ja transienteille.

Suurempi lähtöjännite käyttämällä sarjaa säätöpiiriä

Edellä esitettyä konfiguraatiota voitaisiin käyttää myös kahden säätimen yhdistettyjen jännitearvojen saamiseen. Jos 79L12 korvataan 78L12-säätimellä, lähtö voi olla 24 V.

Tällaisessa kokoonpanossa 0 V: n linja voidaan jättää huomiotta ja + 24 V: n lähtö voidaan käyttää suoraan lähdön positiivisten ja negatiivisten linjojen yli.

Suurempi lähtöjännite sarjadiodipiirillä

On todella erittäin helppoa saada pieni jännitteen lisäys lähdössä käyttämällä jonkin verran tasasuuntausdiodia IC: n maadoitustapin ja maadoitusjohdon välillä.

Tämän lähestymistavan avulla käyttäjä voi käyttää hiukan korkeampaa jännitetasoa, jota ei välttämättä saada suoraan millään valmiilla säätölaitteella.

Tämän kokoonpanon johdotuksen tarkka tekniikka voidaan vaalentaa seuraavasta kuvasta.

Tässä esimerkissä olemme arvioineet vaaditun lähtöjännitteen olevan noin 6 V, ja olemme toteuttaneet saman 5 voltin säätimen IC kautta lisäämällä lähtöä 1 voltilla.

Kuten voidaan nähdä, tämä 1 V: n korkeus saavutetaan tehokkaasti yksinkertaisesti yhdistämällä pari sarjaa tasasuuntaajan diodia säätimen yhteiseen johtoon.

Tasasuuntaajat kytketään varmistamaan, että ne ovat eteenpäin esijännitettynä säätimen käyttämän lepovirran läpi ja joka liikkuu laitteen yhteisen GND-liittimen kautta.

Tämän seurauksena kiinnitetyt diodit käyttäytyvät jonkin verran matalajännitteisten zener-diodien tapaan, jolloin kukin diodi putoaa noin 0,5 - 0,6 volttia mahdollistaen noin 1 - 1,2 voltin yhdistetyn zener-jännitteen.

Suunnittelun tavoitteena on nostaa säätimen yhteinen liitin 1 voltilla maadoituspotentiaalin yli. Tällöin säädin 7805 IC todella vakauttaa nimellistehon 5 V: lla maadoituslinjan yläpuolella, joten nostamalla maadoitusliitintä noin 1 V: lla, ulostulo myös nousee samalla suuruudella, jolloin myös lähtö säädetään noin 6 V: n taso. Tämä menettely toimii erittäin hyvin kaikkien kolmen pääte 78XX -jännitteen säätimen IC: n kanssa.

Diodien esijännitysvastus

Joissakin tapauksissa saatat joutua kiinnittämään ulkoisen vastuksen GND: n ja mikropiirin ulostulotapin yli ylimääräisen virtapiirin lisäämiseksi diodeille, jotta ne pystyvät toimimaan optimaalisesti aiottujen tulosten saavuttamiseksi.

Koska jokainen tasasuuntausdiodi helpottaa suunnilleen noin 0,65 V: n laskua eteenpäin, laskemalla enemmän tällaisia ​​diodeja sarjaan voimme saavuttaa suhteellisesti korkeamman korotetun jännitteen tason IC-lähdössä.

Tätä varten tulotason on kuitenkin oltava vähintään 3 V korkeampi kuin lopullinen arvioitu lähtötaso. Piidiodit, kuten 1N4148, toimivat melko hyvin sovelluksessa.

Vaihtoehtoisesti, jos diodit näyttävät hankalilta, saman vaikutuksen saamiseksi voitaisiin käyttää myös yhtä ekvivalenttia zener-diodia, kuten seuraavassa esimerkissä on esitetty.

Tämän sanottuasi, varmista, että menettely on toteutettu siten, että korkeintaan 3 V korkeampi kuin laitteen todellinen nimellisarvo. Tämän tason ulkopuolella tuotannon vakauttaminen voi vaikuttaa.

Nykyisen kapasiteetin lisääminen

Toinen suuri muutos 78XX-säätimeen voitaisiin toteuttaa saavuttaakseen suuremman lähtövirran, joka on korkeampi kuin laitteen maksimiarvo.

Yksi tapa tehdä tämä on esitetty alla.

Ilmoitettu R1- ja R2-kokoonpanosuhde varmistaa, että jokaiselle R1: n, D1: n ja säätimen läpi kulkevalle milliampeeriselle virralle siirtyy hieman yli 4 mA: n virtaa Tr1: n ja R2: n kautta.

Tämän seurauksena, kun täyttä 1 ampeeria käytetään IC1: n kautta, Tr1: n kautta kulkee yli 4 ampeerin virta. Tämän tilanteen ansiosta piiri voi tuottaa optimaalisen lähtövirran, joka on vähän yli 5 ampeeria.

Jopa ylikuormitusolosuhteissa Tr1: n ja IC1: n läpi kulkevien virtojen suhde on edelleen hieman suurempi kuin 4: 1, joten IC: n nykyinen rajoittava ominaisuus toimii edelleen ongelmitta.

Tämän muotoiset piirit ovat todellakin osoittautuneet tarpeettomiksi nykyään niiden saatavuuden vuoksi korkeamman tehon säätimet kuten 78H05, 781-112 jne., joiden maksimivirta on 5 ampeeria, ja mahdollistavat käyttäjän konfiguroida ne täsmälleen samalla vaivalla kuin alemman virran kollegat.