3 منظمات الجهد الثابت الطرفية - دوائر العمل والتطبيق

تتوفر الأجهزة التنظيمية الثابتة الطرفية الثلاثة الشائعة المتوفرة اليوم في شكل IC 7805 و IC 7809 و IC 7812 و IC 7815 و IC 7824 ، والتي تتوافق مع مخرجات الجهد الثابت 5 فولت و 9 فولت و 12 فولت و 15 فولت و 24 فولت .

هذه تسمى ثابتة الجهد المنظم نظرًا لأن هذه الدوائر المتكاملة قادرة على إنتاج جهد خرج ثابت ثابت ثابت ممتاز استجابة لجهد دخل تيار مستمر أعلى بكثير غير منظم.

يمكن شراء منظمات الجهد المتراصة عالية الجودة هذه بسعر رخيص جدًا في الوقت الحاضر ، والتي عادة ما تكون أقل تكلفة وأقل تعقيدًا في العمل ، مقارنة بالبناء دائرة منظم منفصلة مرادف.

هذه المنظمات ذات الثلاثة أطراف سهلة التوصيل بالأسلاك بشكل لا يصدق ، كما يمكن رؤيته في مخطط الدائرة أدناه الذي يوضح الطريقة القياسية التي يتم بها تنفيذ هذه الدوائر المتكاملة.

تم تعيين المحطات الثلاثة الخاصة بـ IC لأسباب واضحة ، مع الأسماء المدخلات والمشتركة والمخرجات .

يتم توصيل العرض الموجب والسالب ببساطة عبر المدخلات والمحطات المشتركة لـ IC على التوالي ، بينما يتم الحصول على الجهد الثابت المنظم عبر المحطات النهائية والمشتركة.

الجزء الخارجي الوحيد المنفصل المطلوب اختياريًا هو مكثف على المدخلات والمخرجات من IC. هذه المكثفات ضرورية لتحسين مستوى تنظيم خرج الجهاز ، ولتحسين الاستجابة العابرة. قيم microfarads لهذه المكثفات ليست حرجة بشكل عام ، وبالتالي فهي عادة ما بين 100 nf أو 220 nf أو 330 nf.

أنواع منظمات سلسلة 78XX

ال أنواع الجهد الثابت الأكثر شيوعًا والأكثر استخدامًا ، منظمات الجهد المتجانسة هي المنظمات الإيجابية من سلسلة 78XX ، والمنظمين السلبيين من سلسلة 79XX.

تم العثور على هذه مع 3 مواصفات الإخراج الحالية. أنها توفر لك 9 أنواع إيجابية وتسعة 9 أنواع سلبية من المتغيرات ، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه.

تأتي سلسلة 78XX من الدوائر المتكاملة مع تصنيفات جهد إضافية في كل من الأشكال الإيجابية والسلبية. النطاقات القياسية لمنظمي 78XX هي 8 فولت ، 9 فولت ، 10 فولت ، 18 فولت ، 20 فولت و 24 فولت ، والتي تتوافق مع ICs 7808 ، 7809 ، 7810 ، 7818 ، 7820 ، 7824 ICs.

تحمل العديد من هذه الأجهزة أحرفًا أو أشكالًا لاحقة مع أرقامها المطبوعة ، اعتمادًا على الشركة المصنعة أو نوع العلامة التجارية.

ومع ذلك ، فكلهم متماثلون بشكل أساسي مع نفس التصنيف. لن تقوم عدة صفقات جزئية بالترويج فعليًا لهذه الدوائر المتكاملة حسب رقم النوع ، بل تشير فقط إلى القطبية والجهد والمواصفات الحالية ، وأحيانًا مع الإشارة إلى نمط الحزمة الخاصة بها.

الخصائص الرئيسية

تتميز هذه الدوائر المتكاملة بتحديد التيار المدمج وحماية الدائرة القصيرة لحمل الإخراج. في سلسلة المنظمات 78XX ذات الطاقة المتوسطة والعالية ، تكون هذه الميزة بشكل عام من النوع القابل للطي. إن الحد الحالي لـ Foldback هو حالة لا يتم فيها استجابة الحمل الزائد للإخراج ببساطة بواسطة تيار الإخراج بسبب الحد التلقائي للتيار.

ما هو حد التيار القابل للطي

يمكن رؤية رد الفعل القابل للطي لدائرة الحد من التيار القابل للطي في الشكل التالي ، والذي يوضح بوضوح كيف يقلل تيار الخرج في ظل ظروف التحميل الزائد إلى أقل من 50 ٪ من تيار الإخراج المثالي. السبب الرئيسي لاستخدام حد التيار القابل للطي هو أنه يقلل بشكل كبير من التبديد داخل المنظم في حالات قصر الدائرة.

يمكن فهم الاستجابة الحالية القابلة للطي من خلال التفسير التالي:

لنفترض أن لدينا 7805 IC بإدخال 10 فولت ويخضع لدائرة كهربائية قصيرة عبر أطراف الإخراج الخاصة به. في هذه الحالة في ظل النوع العادي من التيار الذي يحد من إنتاج IC سيستمر في توليد تيار 1 أمبير مما يعطي تبديدًا قدره 10 واط. ولكن مع وجود تيار قابل للطي خاص يحد من تيار الدائرة القصيرة قد يقتصر على حوالي 400 مللي أمبير ، مما يؤدي إلى تبديد في الجهاز بمقدار 4 واط فقط.

خاصية الاغلاق الحراري

تتميز غالبية منظمات الجهد المتجانسة أيضًا بدائرة حماية من الإغلاق الحراري مدمجة. تساعد هذه الميزة في تقليل تيار الإخراج في حالة تعرض الجهاز لارتفاع درجة الحرارة.

هذه الأنواع من الدوائر المتكاملة لمنظم الجهد تكون نتيجة لذلك قوية للغاية ، ولا تتلف بسهولة حتى عندما يتم استخدامها بشكل غير صحيح. ومع ذلك ، فإن إحدى الطرق التي يمكن من خلالها تدميرها هي عن طريق تطبيق جهد إمداد دخل مرتفع من النطاق المحدد.

ستجد اختلافات في الحد الأقصى لجهد الإدخال المسموح به والذي حدده موردون مختلفون لهذه الدوائر المتكاملة من النوع القياسي المماثل ، على الرغم من أن 25 فولت هو الحد الأدنى المتاح على ما يبدو لأي جهاز 5 فولت (7805). يمكن لمنظمات الجهد الأكبر التعامل مع ما لا يقل عن 30 فولت ، بينما يصل نطاق الإدخال لأصناف 20 و 24 فولت إلى 40 فولت.

لكي تعمل الدائرة بشكل صحيح ، يجب أن يكون جهد الدخل أعلى بمقدار 2.5 فولت من جهد الخرج المطلوب ، باستثناء المنظم 7805 حيث يُفترض أن يكون جهد الدخل أعلى بقليل من 2 فولت فوق الناتج المطلوب 5 فولت ، مما يعني أنه يجب أن يكون لا تقل عن 7 فولت.

الاستعداد الحالي بدون تحميل

يمكن أن يكون التيار الهادئ أو الاستهلاك الحالي الخامل لهذه الدوائر المتكاملة دون أي حمل عند الخرج بين 1 و 5 مللي أمبير ، على الرغم من أن هذا قد يصل إلى 10 مللي أمبير في بعض متغيرات الطاقة العالية جدًا.

تنظيم الخط والحمل

تنظيم الخط لجميع الدوائر المتكاملة لمنظم 78XX أصغر من 1٪. بمعنى ، قد يُظهر جهد الخرج تباينًا أقل من 1 ٪ بغض النظر عن اختلاف جهد الدخل من الحد الأقصى والحد الأدنى لنطاق جهد الدخل.

يكون تنظيم الحمل عادةً أقل من 1٪ لمعظم هذه الأجهزة. تضمن هذه الميزات أن الإخراج سيستمر في توفير جهد الخرج الثابت المقدر بغض النظر عن ظروف تحميل الإخراج.

ميزة رفض التموج لمعظم هذه الدوائر المتكاملة المنظمة تقع بالقرب من 60 ديسيبل مع مستوى ضوضاء خرج قد يكون أقل من 100 ميكرو فولت.

تبديد الطاقة

عند استخدام هذه الدوائر المتكاملة المنظمة 78XX ، يجب أن تتذكر أن هذه الدوائر المتكاملة تم تصنيفها للتعامل مع كمية محدودة فقط من تبديد الطاقة. ومن ثم ، في ظل أعلى حمل ناتج ، لا ينبغي أبدًا السماح لجهد الدخل بتجاوز بضعة فولتات أعلى من الحد الأقصى المسموح به للإدخال.

أقصى تبديد للطاقة عند درجة حرارة الغرفة العادية (25 درجة مئوية) لنطاقات الأجهزة ذات الطاقة المنخفضة والمتوسطة والعالية 78XX هو 0.7 واط و 1 واط و 2 واط على التوالي.

يمكن تحسين القيد أعلاه بشكل ملحوظ إلى 1.7 واط و 5 واط و 15 واط على التوالي إذا تم تركيب الأجهزة على غرفة تبريد كبيرة. تتناسب الطاقة المشتتة في جميع أجهزة التنظيم هذه مع الفرق بين جهد الإدخال والإخراج ، مضروبًا في تيار الخرج.

كيفية تطبيق المبرد على 78XX ICs

في هذه الحالة عندما يكون الجهاز محملاً بالكامل عند حوالي 800 مللي أمبير ، يمكن أن يصل التبديد من الجهاز إلى 4 واط (0.8 أمبير × 5 فولت = 4 واط).

يبدو أن هذا يزيد مرتين عن الحد الأقصى المسموح به 2 واط PD للجهاز 7815. هذا يعني أنه يجب تعويض 2 وات الإضافية من خلال غرفة التبريد.

تتوفر مجموعة واسعة من خافضات الحرارة بشكل عام في السوق ، ويتم تحديدها بتصنيف درجة معينة / واط.

يشير هذا التصنيف أساسًا إلى ارتفاع درجة الحرارة الذي يحدث لكل واط من الطاقة يتم تبديده عبر المبدد الحراري. يشير هذا أيضًا إلى أنه بالنسبة للمبدد الحراري الأكبر ، فإن الدرجات لكل واط ستكون أقل نسبيًا.

يمكن تحديد أقل حجم لتبديد الحرارة اللازم لجهاز منظم 78xx بالطريقة التالية.

علينا أن نكتشف في المقام الأول درجة حرارة الغلاف الجوي الاسمية حيث يتم استخدام الجهاز. باستثناء ما إذا كان من المحتمل استخدام الجهاز في بيئة دافئة بشكل غير مألوف ، يمكن اعتبار الرقم الذي يبلغ حوالي 30 درجة مئوية افتراضًا معقولًا.

تقييم درجة الحرارة الآمنة

بعد ذلك ، قد يكون من الضروري معرفة الحد الأقصى لتصنيف درجة الحرارة الآمنة لـ IC منظم 78XX. بالنسبة للمنظمين 78XX المتآلف ، قد يكون هذا النطاق عند 125 درجة مئوية. بعد قولي هذا ، هذه في الواقع درجة حرارة الوصلة ، وليست درجة حرارة العلبة التي يمكن أن يتحملها IC.

تبلغ درجة الحرارة القصوى المطلقة المسموح بها حوالي 100 درجة مئوية. لذلك يصبح من المهم عدم السماح بزيادة درجة حرارة الجهاز عن 70 درجة مئوية (100 - 30 = 70).

نظرًا لأن قوة 2 وات قد تؤدي إلى ارتفاع في درجة الحرارة بحد أقصى 70 درجة ، فإن المبدد الحراري المصنف لتبدد 35 درجة مئوية / واط أو أقل (70 درجة مقسومة على 2 واط = 35 درجة مئوية لكل واط) سيكون جيدًا كافي.

عمليًا ، يجب استخدام خافض حرارة أكبر نسبيًا ، لأن نقل الحرارة لا يكون فعالًا أبدًا في معظم الحالات.

علاوة على ذلك ، للحصول على استقرار طويل الأمد ، يجب التأكد من أن الجهاز يعمل بشكل مثالي عند درجة حرارة أقل إلى حد ما من نطاق درجة الحرارة القصوى المسموح بها.

إذا كان ذلك ممكناً ، تأكد من وجود هامش معقول +/- 20 درجة أو ربما أكثر.

عندما يتم وضع منظم IC المنظم داخل حاوية ومغطى بعيدًا عن الغلاف الجوي الحر ، فقد يتسبب ذلك في ارتفاع درجة حرارة الهواء المحبوس في الحاوية عن طريق تبديد المنظم. قد يتسبب هذا بدوره في عمل الأجزاء الحساسة الأخرى الموجودة على لوحة الدوائر المطبوعة في ظروف أكثر دفئًا. قد يتطلب مثل هذا الموقف غرفة تبريد أكبر لـ IC المنظم.

دوائر التطبيق

يمكن رؤية دائرة تطبيق نموذجية لمصدر طاقة باستخدام منظم جهد متآلف 78XX جهد ثابت.

في هذا التصميم ، يتم استخدام 7815 IC كمنظم IC الذي يوفر لنا حوالي +15 فولت بتيار 800 مللي أمبير تقريبًا.

تم تصنيف المحول المستخدم بـ 18 -0 - 18V للمرحلة الثانوية مع تصنيف حالي يبلغ 1 أمبير.

وهو متصل بمقوم موجة كاملة الدفع والسحب الذي يوفر جهدًا غير محمل يبلغ حوالي 27 فولت تيار مستمر بعد ترشيحه عبر C1.

تعمل المكثفات C2 و C3 مثل مكثفات فصل المدخلات والمخرجات التي يجب توصيلها بالقرب نسبيًا من جسم IC. عندما يكون حمل الخرج ممتلئًا ، سترى جهد الدخل المطبق على IC1 يصل إلى مستوى من 19 إلى 20 فولت ، مما يسمح بفارق 5 فولت تقريبًا عبر إدخال / إخراج المنظم.

كيفية عمل دائرة إمداد طاقة مزدوجة

نظرًا لأنه يمكن شراء منظمات الجهد الثابت 78XX المتجانسة في المتغيرات السلبية والإيجابية ، فإنها تبدو مثالية للتنفيذ مزودات طاقة مزدوجة متوازنة .

عندما ، على سبيل المثال ، هناك حاجة إلى توريد منظم لتشغيل المرجع أمبير الدائرة القائمة بإمدادات موجبة وسالبة تبلغ 12 فولت عند 100 مللي أمبير ، يمكن تطبيق التصميم الموضح في الشكل التالي.

في هذا المثال ، T1 عبارة عن محول 15-0-15 فولت مصنّف بتصنيف تيار ثانوي 200 مللي أمبير أو أكثر. يمكنك العثور على اثنين من مقومات الموجة الكاملة D2 و D3 التي تمنحك ناتجًا إيجابيًا.

تقدم D1 مع D4 مخرجات سلبية. يتم ترشيح الإمداد الموجب بواسطة C1 بينما يتم تنظيف الخط السالب وتصفيته بواسطة C2.

يمنحك IC1 ناتج عرض إيجابي منظم ، بينما يعمل IC2 كمنظم توريد سلبي. يتم وضع C3 إلى C6 مثل مكثفات الفصل لتحسين كفاءة الإخراج من حيث الاستجابة الأفضل للارتفاعات والضوضاء والعبارات.

ارتفاع الجهد الناتج باستخدام دارة منظم السلسلة

يمكن أيضًا استخدام التكوين الموضح أعلاه للحصول على قيم الجهد المجمعة للمنظمين. بمعنى ، إذا تم استبدال 79L12 بمنظم 78L12 ، فسيمكن الإخراج أن يكون 24 فولت.

في مثل هذا التكوين ، قد يتم تجاهل خط 0V ، ويمكن الوصول إلى خرج + 24V مباشرة عبر الخطوط الإيجابية والسلبية للإخراج.

ارتفاع الجهد الناتج باستخدام دائرة الصمام الثنائي المتسلسل

من السهل جدًا الحصول على دفعة جهد صغيرة عند الإخراج باستخدام بعض الصمام الثنائي المعدل بين الدبوس الأرضي للدائرة المتكاملة والخط الأرضي.

يمكّن هذا النهج المستخدم من الوصول إلى مستوى جهد أعلى قليلاً قد لا يتم الحصول عليه مباشرة من أي جهاز منظم جاهز.

يمكن التعرف على التقنية الدقيقة لتوصيل هذا التكوين في الصورة التالية.

في هذا المثال ، قدرنا جهد الخرج المطلوب بحوالي 6 فولت ، وقمنا بتنفيذ نفس الشيء من خلال IC منظم 5 فولت عن طريق زيادة الإخراج بمقدار 1 فولت.

كما يتضح ، يتم تحقيق هذا الارتفاع بمقدار 1 فولت بشكل فعال عن طريق دمج زوج من صمامات المقومات الثنائية المتسلسلة مع الرصاص المشترك للمنظم.

المقومات موصلة بأسلاك للتأكد من أنها منحازة للأمام من خلال التيار الهادئ الذي يستخدمه المنظم ، والذي يتحرك عبر طرف GND المشترك للجهاز.

كنتيجة لذلك ، فإن الثنائيات المرفقة تتصرف إلى حد ما مثل ثنائيات زينر ذات الجهد المنخفض ، حيث تنخفض كل صمامات ثنائية بحوالي 0.5 إلى 0.6 فولت مما يتيح جهد زينر مدمج من حوالي 1 إلى 1.2 فولت.

الهدف من التصميم هو رفع الطرف المشترك للمنظم بمقدار 1 فولت فوق إمكانات الإمداد الأرضي. هنا يقوم المنظم 7805 IC فعليًا بتثبيت الناتج المقدر عند 5 فولت فوق خط الأرض ، وبالتالي ، عن طريق رفع الطرف الأرضي بحوالي 1 فولت ، يتم رفع الناتج أيضًا بنفس الحجم ، مما يتسبب أيضًا في تنظيم الإخراج تقريبًا تقريبًا مستوى 6 فولت. يعمل هذا الإجراء بشكل جيد للغاية مع جميع الدوائر المتكاملة لمنظم الجهد 78XX.

المقاوم التحيز للثنائيات

ومع ذلك ، في بعض الحالات ، قد تضطر إلى إرفاق مقاوم خارجي عبر GND ودبوس الإخراج الخاص بـ IC للمساعدة في جزء إضافي من التيار إلى الثنائيات ، بحيث تكون قادرة على إجراء النتائج المرجوة على النحو الأمثل.

نظرًا لأن كل صمام ثنائي مقوم سيسهل هبوطًا للأمام يبلغ حوالي 0.65 فولت تقريبًا ، فمن خلال حساب المزيد من هذه الثنائيات في السلسلة ، يمكننا تحقيق مستوى أعلى نسبيًا من الجهد المعزز عبر خرج IC.

ومع ذلك ، لكي يحدث هذا ، يجب أن يكون مستوى الإدخال أعلى بمقدار 3 فولت على الأقل من مستوى الإنتاج النهائي المقدر. ستعمل ثنائيات السيليكون مثل 1N4148 بشكل جيد مع التطبيق.

بدلاً من ذلك ، إذا بدت الثنائيات مرهقة ، فيمكن أيضًا استخدام صمام زينر مكافئ واحد للحصول على نفس التأثير ، كما هو موضح في المثال التالي.

بعد قولي هذا ، يرجى التأكد من تنفيذ الإجراء للحصول على ما لا يزيد عن 3 فولت أعلى من التصنيف الفعلي للجهاز. بعد هذا المستوى ، قد يتأثر استقرار الإخراج.

زيادة القدرة الحالية

يمكن تنفيذ تعديل رائع آخر لمنظم 78XX لتحقيق تيار إنتاج متزايد أعلى من الحد الأقصى لتصنيف الجهاز.

طريقة واحدة للقيام بذلك موضحة أدناه.

تضمن نسبة التكوين R1 و R2 المشار إليها أنه لكل تيار ملي أمبير يمر عبر R1 و D1 والمنظم ، يتم إزاحة القليل من التيار الذي يزيد عن 4 مللي أمبير عبر Tr1 و R2.

نتيجة لذلك ، عند استخدام 1 أمبير كامل من خلال IC1 ، لدينا تيار يزيد عن 4 أمبير يمر عبر Tr1. يسمح هذا الموقف للدائرة بتقديم تيار خرج مثالي أعلى قليلاً من 5 أمبير.

حتى في ظروف التحميل الزائد ، تستمر التيارات من خلال Tr1 و IC1 في الحصول على نسبة أعلى إلى حد ما من 4: 1 ، وبالتالي ، تستمر ميزة الحد الحالية لـ IC في العمل دون مشاكل.

أثبتت الدوائر من هذا النموذج أنها لا داعي لها في الوقت الحاضر بسبب توافر أجهزة تنظيم طاقة أعلى مثل 78H05 و 781-112 وما إلى ذلك التي تأتي مع أقصى تصنيف حالي يبلغ 5 أمبير ، وتمكن المستخدم من تكوينها تمامًا بنفس سهولة نظرائها الحاليين الأقل.