معرفی رگولاتورها و کاربرد آن‌ها

منابع تغذیه در مدارهای الکتریکی  وظیفه تامین انرژی مورد نیاز مدارها را بر عهده دارند. به عبارتی، منابع تغذیه تغذیه DC مورد نیاز مدارها الکترونیکی را از طریق تبدیل برق شهری AC تأمین می‌کنند. برای این کار ابتدا با استفاده از تراسفرماتور کاهنده سطح ولتاژ AC را پایین آورده و سپس با استفاده از مدارات یکسوساز و خازن صافی سعی در یکسو کردن و ثابت کردن سطح ولتاژ خروجی می‌کنند، با این حال، مشکلاتی همچون وجود نویز در خروجی و نوسان ولتاژ برق AC موجب می‌شود که به ابزارهای دیگری برای تأمین انرژی مذکور نیاز باشد. در همین راستا، ابزارهای دیگری تحت عنوان رگولاتور یا تنظیم کننده پدید آمده‌اند که وظیفه ثابت کردن سطح ولتاژ تغذیه در مدارات الکترونیکی را بر عهده دارند. در این مقاله قصد داریم تا ضمن معرفی و آشنایی با کاربرد رگولاتور، با برخی از انواع رگولاتورها آشنا شده و مزایا و معایب آن‌ها را بیان کنیم.

رگولاتور چیست و چه کاربردی دارد؟

اصطلاح رگولاتور (Regulator) به معنای تنظیم کننده می‌باشد و در مدارات الکترونیک به المانی اطلاق می‌گردد که سطح ولتاژ تغذیه مدار را تثبیت می‌کند. در طراحی مدارات الکترونیکی همواره از رگولاتورها در قسمت تغذیه آن استفاده می‌گردد. رگولاتور خطی یک آیسی یا مدار مجتمع است که در شامل عناصر و مدارات الکترونیک مختلفی می‌گردد و عملکرد آن به گونه‌ای است که همیشه یک ولتاژ ثابت را بدون توجه به تغییر جریان مصرفی توسط مدار و همچنین سطح ولتاژ ورودی تامین کند تا آسیبی به سایر المان‌های مدار وارد نشود. با این تفاسیر، از جمله مهم‌ترین دلیل کاربرد رگولاتور می‌توان به تثبیت ولتاژ تغذیه اشاره کرد. به عبارتی، این قطعه می‌تواند ولتاژ ورودی را به ولتاژهای مورد نیاز مدار تبدیل کرده و انرژی مورد نیاز آن را تأمین ‌کند. برای مثال، مداری را در نظر بگیرید که به ولتاژ ۵ ولت برای عملکرد صحیح نیاز دارد و این در حالی است که ولتاژ منبع تغذیه آن ۱۲ ولت می‌باشد. در چنین شرایطی، برای جلوگیری از آسیب دیدن مدار، به یک رگولاتور نیاز است تا تبدیل ولتاژ مورد نیاز را انجام دهد. رگولاتورها علاوه بر کار تثبیت ولتاژ دارای یک سری مدارهای دیگر هستند که به طور مثال وظیفه محافظت از مدار در برابر اتصال کوتاه یا محافظت در برابر اضافه ولتاژ و همچنین محدود کننده جریان و مکانیزم خاموش شدن در اثر حرارت زیاد را شامل می‌گردد، این امکانات باعث عملکرد مطمئن تر و جلوگیری از بروز خسارت در صورت بروز خطا در سیستم تغذیه می‎‌گردد.

رگولاتورها برای تنظیم ولتاژ خروجی خود از مدارات فیدبک استفاده می‌کنند و این مدارات فیدبک دارای انواع مختلف است که ساده ترین آن را می‌توان به مثابه یک دیود زینر ساده یا فیدبک‌های پیچیده‌تر با بازده و عملکردی بالاتر دانست.

مزایای رگولاتورهای خطی

از جمله مهم‌ترین مزایای رگولاتورهای خطی می‌توان به قیمت مناسب و استفاده آسان و نیاز به قطعات جانبی کم، نویز بسیار پایین در خروجی را نام برد. معمولا هزینه استفاده از رگولاتورهای خطی برای توان‌های کمتر از ۱۰ وات ارزان‌تر از مدارهای مشابه سوییچینگ می‌باشد. رگولاتورهای خطی معایبی هم دارند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به عدم قابلیت افزایش ولتاژ اشاره کرد. همچنین این رگولاتورها قابلیت انعطاف کمی دارند و برای افزودن هر خروجی ولتاژ دیگر به مدار باید یک رگولاتور مجزا به همراه قطعات جانبی آن را به مدار اضافه کرد. از سوی دیگر، رگولاتورهای خطی راندمان کمی در حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد هستند و بقیه انرژی را به صورت حرارت تلف می‌کنند، برای دفع این تلفات حرارتی ما نیاز به هیت سینک و یا فن های خنک کننده داریم و این یکی دیگر از معایب رگولاتورهای خطی است. از دیگر معایب رگولاتورهای خطی می‌توان به راندمان مشروط قطعه اشاره کرد. به عبارتی دیگر، راندمان رگولاتور خطی زمانی بالاست که سطح ولتاژ خروجی نزدیک به سطح ولتاژ ورودی باشد و با بالاتر رفتن سطح ولتاژ ورودی راندمان این قطعه افت می‌کند.

انواع رگولاتور

به طور کلی، رگولاتورهای خطی را می‌توان به 4 نوع زیر تقسیم بندی کرد:

·       رگولاتور مثبت

·       رگولاتور منفی

·       رگولاتور فیکس یا ثابت

·       رگولاتور ادجاست یا قابل تنظیم

هر یک از این رگولاتورها بسته به کاربردی که در مدار دارند و همچنین حداقل اختلافی که بین ولتاژ ورودی و خروجی ایجاد می‌کنند، عملکرد متفاوتی را ارائه می‌دهند.

معرفی رگولاتور ۷۸۰۵

یکی از پرکاربردترین خانواده رگولاتورهای خطی، رگولاتورهای خانواده 78xx هستند. این قطعات قابلیت تنظیم ولتاژ ثابت را داشته و xx موجود در نامشان نشان دهنده مقدار ولتاژ خروجی ثابتی است که تولید می‌کنند. از این رو می‌توان گفت که رگولاتور ۷۸۰۵ به عنوان منبع تغذیه ۵ ولت ثابت برای مدارهای الکتریکی ساخته شده است. همچنین رگولاتور ۷۸۰۵ در چندین پکیج مختلف تولید و عرضه می‌شود و تفاوت آنها در مقدار جریان خروجی آنهاست. رگولاتور ۷۸۰۵ می‌تواند تا ولتاژ ورودی ۳۵ ولت را تحمل کرده و برای مقادیر کمتر یا مساوی آن نیز ولتاژ خروجی ۵ ولت را ارائه می‌دهد. همچنین برای عملکرد صحیح باید ولتاژ ورودی آن بزرگتر یا مساوی 8 ولت باشد. مهمترین نکته در استفاده از رگولاتورهای خطی دقت به تلفات حرارتی و در نظر گرفتن راهکارهایی برای دفع حرارت از این قطعات است.

جمع بندی

در این مقاله به معرفی رگولاتور، کاربرد رگولاتور و انواع آن پرداختیم. همچنین گفتیم که رگولاتورهای خطی چه مزایا و معایبی می‌توانند داشته باشند. اگر شما نیز نظر یا پیشنهادی در مورد رگولاتورها، نحوه کار و کاربرد آن‌ها مد نظر دارید، آن را با ما و دیگر کاربران در میان بگذارید.