|
Regüle devre ayarlı devre demektir.
Bu deyim, bir doğrultucu için kullanılırsa: "Çıkış gerilimi veya akımını belirli bir değerde sabit
tutan devre" anlamına gelir. Aynı zamanda "Regülasyon devresi" veya "Regülatör"
deyimleri de kullanılır.
Regüle devreler olarak şunlar incelenecektir:
Zener Diyodun Regülatör Olarak Kullanılması
Zener diyotlu regülatörde, zener diyodun belirli bir ters
gerilimden sonra iletime geçme özelliğinden yararlanılmaktadır.
Zener diyot, yük direncine ters yönde paralel olarak bağlanmakta
ve yüke gelen gerilim belirli bir değeri geçince zener diyot
iletime geçerek devreden geçen akımı arttırmaktadır. Bu akım,
devreye konan seri dirençteki gerilim düşümünü arttırdığından
yüke gelen gerilim sabit kalmaktadır.
Seri Regülatör
Seri regülatör, yük akımını sabit tutmak için kullanılır.
Bu tür bir uygulama bir veya iki transistörle gerçekleştirilebilmektedir.
Transistör yük hattına seri bağlandığından, bu tür devreye
seri regüle devresi veya seri regülatör denmiştir.
Seri regülatör, "pozitif" veya "negatif"
regülatör olarak kullanılır.
Pozitif Seri Regülatör
Aşağıdaki şekilde zener diyotlu bir seri regülatör
devresi verilmiştir.
Devrenin pozitif gerilim regülatörü olarak çalışması için
NPN transistör kullanılmıştır. Negatif tarafta topraklanmıştır.
Devrenin Çalışması:
Aşağıdaki şekildeki Regülatörde görüldüğü gibi, transistör ve RL yük direnci öyle seçilmiştir ki, VC=20V
'luk kollektör gerilimi ve VB=12V 'luk beyz geriliminde
RL yük direnci üzerinden +11,4V 'luk çıkış alınmaktadır.
Doğrultucu çıkışındaki +20V, C kondansatörünün etkisi nedeniyle
AC gerilimin tepe değeridir. Kullanılan transistör NPN silikon
transistör dür.
Zener diyodun seçimi:
11,4V 'luk çıkış için: VZ = 12V 'luk zener seçilir.
Bunun nedeni; şekilden takip edilirse, B beyz noktasının toprağa göre gerilimi,
hem zener üzerinden, hem de transistör ve RL yük
direnci üzerinden bir birine eşittir.
Bu eşitlik şöyle yazılır: VB=VZ=VBE+VRL
Silikon transistör de VBE = 0,6V olduğuna göre;
değerler yerine konulursa;
Vz = 0,6 +11,4 = 12V olur.
Böylece giriş gerilimi yükselse de transistörün beyz gerilimi
12V 'ta sabit kalacak ve buna bağlı olarak, IB
beyz ve IE emiter akımları sabit kalacaktır. Dolayısıyla
da yük akımı sabit kalacaktır.
RB direncinin seçimi:
Zener diyodun ters yönde iletime geçtiği anda, akıtabileceği
akım değeri kataloglarında belirtilmiştir. Bu akıma göre RB
direncinin değeri belirlenir.
Örneğin: 12V, 1W 'lık 1N4742A zener diyodunun, ters iletimdeki
akımı 21mA 'dir. Zener ters iletime geçtiğinde bu akım RB
üzerinden devre tamamlanır.
Pozitif seri regülatör
Yukarıdaki
şekle göre, doğrultucu çıkışındaki 20V ile, zener
gerilimi 12V arasında 8V 'luk fark vardır.
Bu durumda RB şöyle olmalıdır: RB
= VRB / IRB = 8/21*10-3 =
380 Ω
Regülasyon İşlemi:
Transistör kollektörün de 20V bulunduğu sürece, transistör,
R direnci üzerinden aldığı 21mA 'lik beyz akımı ile, "akım
kumandalı" olarak çalışır.
Giriş geriliminin herhangi bir nedenle 20V 'un üzerine çıkması
halinde, B noktasındaki gerilim 12V 'u geçeceğinden zener
diyot ters yönde iletime geçer. Bu durumda RB 'den
geçen akım artar. Dolayısıyla da RB 'deki gerilim
düşümü artar. Bu artış giriş gerilimindeki yükseliş kadar
olacağından, transistörün Beyz Gerilimi 12V 'ta sabit kalır.
Böylece transistör normal çalışmasına devam eder. Dolayısıyla
da yük akımı ve yük gerilimi de sabit kalır. Ayrıca RS
direnci de aşırı gerilim dalgalanmalarını önler.
NOT:
Yukarıdaki şekildeki transistörün çalışma şekli bir özellik göstermektedir.
Şekle dikkat edilirse, transistör NPN olduğu halde emiter
de +11,4V vardır.
Beyz gerilimi +12V, emiter gerilimi ise +11,4V olduğu için
beyz gerilimi emiter gerilimine göre daha pozitif olmaktadır.
Dolayısıyla da beyz-emiter diyodu iletimi sağlayacak şekilde
doğru polarılmış bulunmaktadır. Böylece transistör normal
çalışır.
Negatif Seri Regülatör
Aşağıdaki
şekilde görüldüğü gibi PNP transistör
kullanılır ve zener de ters bağlanırsa yukarıdaki şekle göre
ters yönde çalışan bir regülatör oluşur. Yani devre akımları
ters yönde akmaktadır. Dolayısıyla çıkışta "+" ve
"-" uçlar yer değiştirmiştir.
Ancak çıkışta sabit gerilim elde etmek bakımından akım yönünün
bir önemi yoktur.
Burada önemli olan transistörün beyz geriliminin sabit tutulmasıdır.
Aşağıdaki şekilde beyz "-12V 'ta" sabit tutulmaktadır.
Çıkışın "+" tarafı ortak uçtur. Yani toprak ucudur.
Böylece, (-) gerilim çıkışlı bir regülatör, diğer bir deyimle
Negatif Gerilim Regülatörü elde edilmiştir. Çalışma şekli pozitif regülatör ile aynı prensibe dayanır.
Negatif seri regülatör
Şönt (Paralel) Regülatör
Paralel regülatörde "pozitif" ve "negatif"
olarak ayrılabilirler.
Burada "pozitif paralel regülatör devresi" ile ilgili
örnekler verilecektir.
Paralel regüle devreleri 1-20mV tölerans ile yük gerilimini
sabit tutabilmektedir. Aşağıdaki şekilde iki paralel regüle devresi
verilmiştir.
Şekil (a) 'da verilen devrede: Herhangi bir nedenle giriş
gerilimi düşerse devreden akan akım azalacaktır. Dolayısıyla
da RL yük direncinden akan akım da azalır. Bunun
sonucunda da RL uçları arasındaki VL
gerilim, küçüktür. Regüle devre bu düşüşü önleyerek, çıkış
gerilimini sabit tutar.
.jpg)
.gif)
Paralele regüle devreleri
a) Tek transistörlü regülatör
b) Hata işareti yükselteçli regülatör
Devre akımı azaldığında, transistörün RB
ve RS dirençleri üzerinde gerilim düşümü
küçüleceğinden, Rs gerilimine eşit olan VBE
giriş gerilimi küçülür. Bu durumda IB beyz
akımı düşer. Dolayısıyla IC kollektör akımı
da düşer. Kollektör akımının azalması sonucu, besleme
devresinden gelen akımın RL yükü üzerinden
akan miktarı aynı oranda artacağından, yük akımı sabit
kalır. Dolayısıyla da yük gerilimi sabit kalacaktır.
Besleme gerilimi artarsa, yukarıdakinin tersi işlem
ile yük akımı, dolayısıyla da yük gerilimi yine sabit
kalacaktır.
Ayrıca devre akımının artması veya azalması halinde, R
direncindeki gerilim düşümü de artacak veya azalacağından,
çıkış geriliminin fazla değişmesinin önlenmesinde R direncindeki
gerilim düşümü de etken olmaktadır.
Şekil (b) 'de daha hassas çalışan bir regülatör devresi
verilmiştir. Bu devrede de, besleme gerilimi düştüğünde Q1
'in beyz gerilimi düşecek ve dolayısıyla da IC1
kollektör akımı azalacaktır. Bunun sonucu Q' 'nin
beyz ve kollektör akımları azalacaktır. Aynı oranda yük akımı
artacağından yük gerilimindeki düşme önlenecek, yani sabit
tutulacaktır.
Giriş gerilimi yükselirse, yukarıdakinin tersi işlem ile
Q2 kollektör akımı artacak ve aynı oranda RL
akımı azalacağından RL 'deki gerilim yükselişi
önlenecek yani sabit tutulacaktır. Çıkış geriliminin sabit kalmasında, yine R direncide etken
olmaktadır. Q1 transistörünün kollektörü ile beyzi arasındaki
zener diyot, kollektör-beyz arası gerilimin sabit kalmasını
sağlamaktadır.
Entegre Gerilim Regülatörleri
Entegre regülatörlerinin en önemli özellikleri küçük hacimli
olmaları ve değişik giriş gerilimlerinde değişik çıkış gerilimi
verebilmeleridir.
Entegre gerilim regülatörlerini şu üç gruba ayırmak mümkündür:
-
Pozitif Regülatörler
-
Negatif Regülatörler
-
Ayarlanabilir Regülatörler
Pozitif Entegre Regülatörü
Pozitif gerilim regülatörlerinde Şekil 5.19
'da görüldüğü gibi giriş ve çıkış gerilimleri toprağa göre
pozitiftir.
En çok kullanılan LM340 ve 78XX regülatörleri bu gruba girer.
Aşağıdaki şekilde LM340 regülatörünün ayak bağlantıları verilmiştir.
LM340 Entegre regülatörü
1 nolu ayağı, Giriş
2 nolu ayağı, Toprak
3 nolu ayağı, Çıkış
Giriş gerilimi: 3-20Volt
Çıkış gerilimi: 5-12-15Volt (±)%4 olan tipleri vardır.
Maksimum çıkış akımı: 1.5Amper 'dir.
Aşağıdaki şekilde LM340 'lı bir regülatör devresi
verilmiştir.
LM340'lı regülasyon devresi.
Çıkış akımı: IL = Vreq
/ RL ile hesaplanır. Giriş ve çıkış kondansatörleri
filtre görevi yapıp dalgalanmayı önlemektedir.
78XX Regülatörü
78 serisi regülatörleri
aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi bir
seri halindedir. Değişik giriş ve çıkış gerilim ve akımlarında
çalışmaktadırlar.
78 'den sonra gelen iki rakam, regüleli çıkış gerilimini göstermektedir.
Tablo: Değişik 78XX Regülatörleri
| Entegre
78XX |
7805 |
7805A |
7806 |
7806A |
7808 |
7808A |
| Giriş
gerilimi (V) |
10 |
10 |
11 |
11 |
14 |
14 |
| Çıkış
gerilimi (V) |
5 |
5 |
6 |
6 |
8 |
8 |
| Çıkış
akımı (A) |
0,5 |
1 |
0,5 |
1 |
0,5 |
1 |
| Entegre
78XX |
7812 |
7812A |
7815 |
7815A |
7818 |
7824 |
| Giriş
gerilimi (V) |
19 |
19 |
23 |
23 |
27 |
33 |
| Çıkış
gerilimi (V) |
12 |
12 |
15 |
15 |
18 |
24 |
| Çıkış
akımı (A) |
0,5 |
1 |
0,5 |
1 |
1 |
1 |
Aşağıdaki şekilde 78xx regülatörünün ayak
bağlantıları verilmiştir.
78xx Regülatörünün ayak bağlantıları şöyledir:
1 Nolu ayağı : Giriş
2 Nolu ayağı : Çıkış
3 Nolu ayağı : Toprak
78xx regülatörü ile de,
yukarıda verilen
LM340'lı devreye benzer bir devreyi oluşturmak
mümkündür.
Akım Takviyeli
Pozitif Regülatör
Aşağıdaki
şekilde, 7805 regülatörlü bir devrenin çıkış akımını yükseltmek
için uygulana transistör devresi gösterilmiştir. Transistör
çalıştığı zaman IL yük akımını arttırmaktadır. R
direnci hem transistörün emiter-beyz polarmasını, hem de entegre
giriş bağlantısını sağlamaktadır. Transistörün çalışması için VBE
= 0,6Volt olmalıdır. Bu gerilim, R direnci üzerindeki, VR
gerilim düşümü ile oluşmaktadır. Yani, VR=VBE
'dir.
Transistörün çalışması için
R direncinden geçmesi gereken IR akımının hesaplanması:
R direnci 4,7 Ω gibi küçük değerlerde seçilir.
IR=VR/R =0,6/4,7 = 0,217A olarak bulunur.
IR = 0,127A 'e ulaştığında transistör çalışır
ve yük akımını takviye eder. Güçlü bir transistör seçildiği
takdirde bu takviye 10A 'e kadar çıkar.
Transistörün takviye akımı tamamen regülatör giriş akımına
bağlı olup, bu akım sabit kaldığı müddetçe, transistörün giriş
ve çıkış akımları da sabit kalacak ve belirli bir oranda IL
yük akımını takviye edecektir. Dolayısıyla yük gerilimi de
belli değerlerde sabit kalacaktır.
Akım takviyeli pozitif gerilim
regülatörü
Negatif Entegre Regülatörü
Negatif gerilim regülatörlerinde, giriş ve çıkış
gerilimleri toprağa göre negatiftir. Kaynağın ve yükün pozitif
gerilim tarafları topraklanmıştır. Çalışma prensibi bakımından
pozitif gerilim regülatörlerinden farkı yoktur.
79XX serisi bu tür regülatörlere bir örnektir.
79XX serisi entegrenin 78XX serisinden en önemli farkı, 1
nolu ucun toprak olmasıdır.
Aşağıda 79XX regülatörünün ayak bağlantıları, alttaki şekilde de devreye bağlanışı gösterilmiştir.
79XX Entegre
regülatörü
1. Nolu ayağı : Toprak
2 Nolu ayağı : Giriş
3 Nolu ayağı : Çıkış
Ayarlanabilir Entegre Regülatörü
LM340 regülatörü ile
aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi çıkış
gerilimi ayarlı bir devre kurmakta mümkündür.
Çıkış gerilimi ayarlı regülatör
Yukarıdaki devrenin çalışmasıyla ilgili
olarak örnek bir hesaplama:
LM340 regülatörü 5V çıkışlı bir regülatör olsun. Bu durumda
çıkış ucu(3) ile ortak uç(2) arasında 5V 'luk bir sabit gerilim
olacaktır.
Diğer taraftan RL1 ve RL2 yük dirençleri
üzerinden IL gibi bir yük akımı akacaktır.
IL akımının çıkış uçları arasında oluşturacağı
gerilim şöyle hesaplanır:
Regülatörün çıkışında: VREG=5V bulunmaktadır.
RL1 direnci çıkış ucu ile ortak uç arasına paralel
bağlı olduğundan bunun üzerinde de 5V 'luk gerilim düşümü
oluşmaktadır. O halde RL1 'den geçecek olan IL
akımı 5 volt ile sınırlı olacaktır.
Bu durumda: IL =5/RL1
olmaktadır.
Devrenin tamamlanması için ayrıca IL akımı
RL2 direnci üzerinden de akacaktır.
RL2 üzerinden bir de, ortak uçtan gelen ve sükunet
akımı denen 6-8 mA arasında küçük değerli bir Io
akımı da akar. Ancak bu akım, IL yanında çok küçük
kaldığından genellikle hesaplamalarda dikkate alınmaz.
Bununla beraber, hassas bir çalışma yapılması isteniyorsa,
dikkate almak gerekir.
Io akımı da dikkate alınarak bir hesaplama yapılırsa:
Çıkış gerilimi:
VÇ = 5+RL2 (IL+I0)
dir.
RL1 = RL2 = 200 Ω olsun
I0 = 7 mA alalım.
VÇ = 5+200((5/200)+0,007) = 5+5+1,4 'ten
VÇ = 11,4Volt olarak bulunur.
I0 akımı, giriş akımındaki dalgalanmalardan, sıcaklıktan
ve yük oluşumundan etkilenir ve bir miktar değişir. 1mA değişsin.
I0=8mA olsun..
Bu durumda çıkış gerilimi: VÇ = 5+5+1,6 = 11,6Volt
olur.
Görüldüğü gibi, çıkış gerilimi 0,2V (200mV) büyümüştür.
Çoğu halde çıkış geriliminin 20mV 'tan daha fazla değişmesi
istenmez böyle bir durumda 200mV 'luk değişiklik büyük bir
değişiklik sayılır. Bu değişikliği mümkün olduğunca küçültmek için RL2
değişken direnci 100Ω 'un altında seçilir. RL2 direnci değiştirildikçe, VÇ
çıkış
geriliminin nasıl değişeceği yukarıda yapılana benzer bir
hesaplamayla bulunabilecektir.
|
