تنظیم كننده های ولتاژ

در اكثر آزمایشگاههای برق از منابع تغذیه برای تغذیه مدارهای مختلف الكترونیكی آنالوگ و دیجیتال استفاده می شود تنظیم كننده های ولتاژ در این سیستم ها نقش مهمی را برعهده دارند زیرا مقدار ولتاژ مورد نیاز برای مدارها را بدون افت و خیز و تقریباً صاف فراهم می كنند
دسته بندی فنی و مهندسی
فرمت فایل doc
حجم فایل 41 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل 41

تنظیم كننده های ولتاژ

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تنظیم كننده های ولتاژ

مقدمه :

در اكثر آزمایشگاههای برق از منابع تغذیه برای تغذیه مدارهای مختلف الكترونیكی آنالوگ و دیجیتال استفاده می شود . تنظیم كننده های ولتاژ در این سیستم ها نقش مهمی را برعهده دارند زیرا مقدار ولتاژ مورد نیاز برای مدارها را بدون افت و خیز و تقریباً صاف فراهم می كنند .

منابع تغذیه DC ، ولتاژ AC را ابتدا یكسو و سپس آن را از صافی می گذرانند و از طرفی دامنه ولتاژ سینوسی برق شهر نیز كاملاً صاف نبوده و با افت و خیزهایی در حدود 10 تا 20 درصد باعث تغییر ولتاژ خروجی صافی
می شود.

از قطعات مورد استفاده برای رگولاتورهای ولتاژ می توان قطعاتی از قبیل ، ترانسفورماتور ، ترانزیستور ، دیود ، دیودهای زنر ، تریستور ، یا تریاك و یا آپ امپ (op Amp) و سلف (L) و خازن (C) و یا مقاومت (R) و یا ICهای خاص را نام برد .

* عوامل موثر بر تنظیم ولتاژ :

عوامل مختلفی وجود دارند كه در تنظیم ولتاژ در یك تنظیم كننده موثرند از جمله این عوامل را می توان ، تغییرات سطح ولتاژ برق ، ریپل خروجی صافیها، تغییرات دما و نیز تغییرات جریان بار را نام برد .

الف)* تغییرات ولتاژ ورودی :

در تمامی وسایل الكترونیكی و یا سیستم های الكترونیكی و مكانیكی و غیره و در تمامی شاخه های علمی طراحان برای اینكه یك وسیله یا سیستم را با سیستم های مشابه مقایسه كنند معیاری را در نظر می گیرند كه این معیار در همه جا ثابت است .

در یك تنظیم كننده معیاری به نام تنظیم خط وجود دارد كه میزان موفقیت یك تنظیم كننده ولتاژ در كاهش تغییرات ولتاژ ورودی را با این معیار می سنجند و به صورت زیر تعریف می كنیم :

فرمول (1ـ2)

كه در آن ، تغییرات ولتاژ ورودی ، تغییرات ولتاژ خروجی ، ولتاژ خروجی متوسط (DC) می باشد .

ب)تغییرات ناشی از تغییر دما :

یكی دیگر از عاملهای تعیین كننده در یك تنظیم كننده ولتاژ خوب تغییرات ناشی از دماست .

معیاری كه تغییرات نسبی ولتاژ را برحسب دما بیان می كند ضریب دمای تنظیم كننده نام دارد كه آن را با T.C نشان می دهیم و بصورت زیر تعریف می شود :

(فرمول 2-2)

T.C = Temperature coefficient

در رابطه فوق ، تغییرات ولتاژ خروجی در اثر تغییرات دمای و مقدار متوسط (DC) ولتاژ خروجی است .

معمولاً TC برحسب (Parts – per – million) بیان می شود و به صورت زیر تعریف می شود .

(فرمول 3-2)

در زیر چند نمونه از مقادیر ، ، و … برای بعضی از سری
IC های 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)تغییرات ناشی از تغییر بار :

اكثر دانشجویان در آزمایشگاه با این مسئله روبرو شده اند كه وقتی ما ولتاژی را از یك منبع می گیریم و با مالتی متر اندازه گیری می كنیم ( چه در حالت DC و چه در حالت ac ) وقتیكه به مدار وصل می كنیم مقدار آن با حالت بدون بار كمی اختلاف دارد ، دلیل آن تغییر بار است ، چون وقتی به مدار وصل نیست (بار) و وقتی به مدار وصل می شود بار تا مقدار خیلی زیادی كم می شود در حقیقت مقاومت بار تنظیم كننده ولتاژ ، مقاومت ورودی مداری است كه از بیرون به آن متصل می شود و بنابراین می تواند تغییرات نسبتاً وسیعی داشته باشد .

در یك تنظیم كننده ولتاژ ایده آل مقاومت داخلی صفر است تا تغییر مقاومت بار تأثیری در ولتاژ خروجی آن نداشته باشد . در عمل تنظیم كننده ها دارای مقاومت داخلی كمی هستند و به همین دلیل كمی ولتاژ خروجی را تحت تأثیر قرار می دهند .

میزان این تأثیرپذیری را با معیاری به نام تنظیم بار یا ، نشان می دهیم كه بصورت زیر تعریف می شود .

فرمول (4-2)

: ولتاژ در بار كامل (حداكثر بار ) .

: ولتاژ در بی باری .


* قسمتهای مختلف یك تنظیم كننده

الف)ترانسفورماتور:

جریان متناوب با دامنه و بسامد ثابت ، منبع اولیه انرژی الكتریكی است ( در بسیاری از كشورها و از جمله ایران و اروپا منبع سینوسی با ولتاژ موثر 220 ولت و فركانس 50 هرتز به كار می رود و در ایالات متحده این منبع سینوسی با ولتاژ موثر 110 تا 220 ولت وفركانس 60 هرتز می باشد ) تقریباً همه مدارهای الكترونیكی برای تضمین كاركرد مناسب به ولتاژهای ثابت نیاز دارند.

برای مثال ، بیشتر ریزكامپیوترها به منبع های 5 ولتی قادر به تأمین جریان A 100 نیاز دارند . دیگر سیستمهای سیگنال ـ پرداز اغلب به منبع های 12 و 15 ولتی نیاز دارند كه در آنها جریان حاصل با شرایط بار تغییر می كند به علاوه بیشتر محركهای موتور و سیستمهای كنترل به منبع های dcیی نیاز دارند كه سطوح ولتاژ آنها را می توان برای برآوردن شرایط كار مطلوب تنظیم كرد .

وظیفه ترانسفورماتور ، تنظیم سطح ac به گونه ای است كه دامنه dc مناسب بدست آید كه ترانسفورمر می تواند از نوع افزاینده یا كاهنده باشد و ظرفیت توانی كه می تواند جابجا كند باید برای تغذیه بار كافی باشد و اتلافهای یكسوساز ، پالایه و تنظیم كننده را تأمین كند . نسبت دورها ، از دامنه خروجی لازم نسبت به دامنه ورودی ac بدست می آید .

ب)یكسوسازها

بعد از ترانسفورماتور ، در یك منبع تغذیه ، یكسو كننده وجود دارد . وظیفه یكسوكننده تبدیل ولتاژ سینوسی به سیگنال dc پالسی است .

* یكسوساز نیم موج :

با استفاده از یكسوكننده های نیم موج می توان نیم سیكلهای مثبت یا منفی یك ولتاژ متناوب را حذف نمود . ولتاژ ورودی VI معمولاً توسط یك ترانسفورماتور ورودی تأمین می شود . چنانچه از ولتاژ آستانه هدایت دیود صرفنظر كنیم در نیم سیكلهای مثبت ولتاژ ورودی ، دیود هدایت نموده و می توان آن را بصورت یك مقاومت كوچك درنظر گرفت بنابراین جریان (i) در این نیم سیكلها از تقسیم VIبر مجموع مقاومت های و بدست می آید .

اگر ولتاژ ورودی دارای شكل موج سینوسی با دامنه باشد دامنه جریان از تقسیم بر مجموع مقاومتهای و بدست می آید .

اگر در مدار یك آمپرمتر DC به صورت سری قرار گیرد این آمپرمتر مقدار متوسط جریان را نشان خواهد داد . با توجه به تعریف مقدار متوسط یك تابع متناوب داریم :

فرمول (5-2)

در انتگرال فوق به جای متغیر (t) از متغیر استفاده شده است .

ولتاژ DC دوسر مقاومت ، از ضرب مقاومت در جریان بدست
می آید ، كه جریان نیز از تقسیم بر عدد همانطور كه در رابطه (1) بدست آمد ، بدست می آید . در مورد ولتاژ دوسر دیود دو حالت وجود دارد ، اولاً هنگامیكه دیود قطع است ، تمام ولتاژ ورودی در دوسر دیود ظاهر
می شود و ثانیاً ، اگر دیود هدایت كند ولتاژ لحظه ای دوسر دیود ، بوده بنابراین ولتاژ دوسر دیود عبارت است از :

فرمول (6-2)

مقادیر موثر جریان و ولتاژ نیز از روابط زیر بدست می آید:

فرمول (7-2)

فرمول (8-2)

* بازده یكسوكننده نیم موج :

نسبت توان DC تحویلی به مقاومت بار به توان متوسط ورودی را می توان به عنوان بازده یكسوكننده تعریف نمود كه برابر است با :

فرمول (9-2)

* یكسوساز تمام موج :

مدار یكسوساز تمام موج در حقیقت از 2 مدار نیم موج تشكیل شده كه هركدام

در یكی از نیم سیكلهای ولتاژ سینوسی ورودی هدایت می كند ، در نیم سیكل مثبت ولتاژ ورودی ، فقط دیود هدایت نموده و جریان را از مقاومت بار عبور می دهد و در نیم سیكل منفی ولتاژ ورودی ، دیود هدایت نموده و جریان به مقاومت بار می رسد .

* مقادیر متوسط جریان و ولتاژ :

اگر مدار یكسوساز تمام موج را با یكسوساز نیم موج مقایسه كنیم متوجه می شویم كه جریان در مدار تمام موج 2 برابر حالت نیم موج است .

و ولتاژ DC نیز از ضرب جریان بدست آمده بالا در مقاومت بدست می آید .

* حداكثر ولتاژ معكوس :

در یكسوكننده نیم موج دیدیم كه وقتی دیود D در حالت قطع قرار می گرفت تمامی ولتاژ ورودی بر روی آن ظاهر می شد و بنابراین حداكثر ولتاژ معكوس دیود برابر بود .

در یكسوكننده تمام موج وقتی دیود قطع است دیود در حالت هدایت بوده و تقریباً اتصال كوتاه است و ولتاژ دوسر دیود برابر می باشد و برای دیود نیز وقتی كه دیود وصل است ، دیود قطع و اوج ولتاژ معكوس برابر می‌باشد . بنابراین باید بدانیم كه در انتخاب دیودها برای مدار یكسوكننده تمام موج ، اندازه ولتاژ شكست دیود از بیشتر باشد تا دیود وارد ناحیه شكست نشود .

* صافی خازنی :

در شكلهای مدارهای یكسوكننده كه شكل موج ولتاژ خروجی در این مدارها با شكل موج ولتاژ ورودی تفاوتی اساسی پیدا نموده و در واقع این مدارهای یكسوكننده از یك ولتاژی كه شامل هیچ گونه مؤلفه DC نیست یك ولتاژ DC توأم با ریپل (ripple) یا به عبارتی ناصاف بوجود می آورد . برای حذف ریپل موجود در خروجی یكسوكننده می توان از صافی خازنی استفاده كرد اینكار بوسیله موازی كردن یك خازن با مقاومت در مدار مثلاً یكسوكننده نیم موج بدست می آید . این صافی در حقیقت مانع رسیدن فركانسهای بالای موجود در شكل موج ورودی ، به مقاومت بار گردیده و با این عمل به صاف تر شدن ولتاژ خروجی كمك می كند (صافی پایین گذر) .

مباحث كلی درباره فیلتر

یك مدار یكسوساز برای تبدیل سیگنالی با مقدار متوسط صفر به مقدار متوسط غیرصفر مورد نیاز است . البته ، ولتاژ dc ضربان دار بدست آمده ، كاملاً dc نیست و حتی نمونه قابل قبولی از آن نمی باشد . اگرچه در مداری نظیر یك شارژ باطری ، ضربان دار بودن مشكل بزرگی نیست ، با این وجود ، برای مدارات منبع تغذیه یك رادیو ، ضبط صوت ، كامپیوتر و دیگر دستگاههای الكترونیك ضربان با فركانس 50 سیكل روی ولتاژ dc خروجی ظاهر می شود و در اثر آن كار كلیه مدارت نادرست انجام می گیرد . در چنین موردی و موارد گوناگون دیگر dc بدست آمده بایستی صاف تر از ولتاژی باشد كه مستقیماً از یكسوساز نیم موج یا تمام موج بدست می آید .

فیلتر رگولاسیون ولتاژ و ولتاژ موجك

قبل از ورود به جزئیات مدار فیلتر ، بایستی روش متداول ارزیابی مداری كه اثر آن را به عنوان یك فیلتر مورد مقایسه قرار می دهیم بدقت ملاحظه شود . اگرچه باطری علی الاصول دارای ولتاژ خروجی dc یا پیوسته است ، ولتاژ بدست آمده از منبع ac با یكسوسازی و فیلتر كردن ، دارای مقداری ریپل یا موجك خواهد شد .هر اندازه تغییرات ac نسبت به سطح dc كمتر باشد ، عمل فیلتر بهتر صورت گرفته است .

فرض كنید ولتاژ مدار فیلتر را با یك ولتمتر dc و یك ولتمتر ac اندازه گیری كنیم . در آن صورت ولتمتر dc تنها مقدار متوسط یا سطح dc ولتاژ خروجی را نشان خواهد داد و ولتمتر ac فقط مولفه rms ولتاژ ac را اندازه گیری خواهد كرد (با فرض اینكه سیگنال از طریق یك خازن به ولتمتر اخیرالذكر منتقل شود) .

تعریف : موجك یا ریپل

مثال : برای اندازه گیری سیگنال خروجی یك مدار فیلتر ، با استفاده از یك ولتمتر dc و ac ، ولتاژ dc برابر 25V و ولتاژ موجك (1.5 V) ولت (مؤثر) بدست آمده است . موجك خروجی فیلتر را حساب كنید .

اگر اندازه ولتاژ در بار كامل درست به اندازه ولتاژ در بی باری باشد ، رگولاسیون ولتاژ یا تنظیم بار محاسبه شده 0% است كه بهترین صورت ممكن می باشد . این به آن معنی است كه منبع ولتاژ مستقل از جریان كشیده شده عمل می كند و دارای ولتاژ ثابتی است . ولتاژ خروجی اغلب منابع تغذیه با كشیده شدن جریان كاهش می یابد . كاهش كمتر ولتاژ به معنی كار بهتر مدار منبع تغذیه است .

ضریب موجك سیگنال یكسوشده

ولتاژ یكسوشده یك ولتاژ صاف نیست و بنابراین خروجی دارای مؤلفه dc و نیز موجك است . ملاحظه خواهید كرد كه سیگنال یكسوساز تمام موج نسبت

به یكسوساز نیم موج دارای مؤلفه dc بیشتر و موجك (ریپل) كمتری است .

زمان ، زمانی است كه در آن دیودهای یكسوساز تمام موج هدایت می كنند و خازن فیلتر را تا مقدار قله (نوك) ولتاژ ورودی ، شارژ می كند . زمانی است كه در طول آن ولتاژ یكسو شده تا پایین تر از ولتاژ نوك افت می كند و خازن در بار تخلیه می گردد . چون سیكل شارژ ـ دشارژ در هر نیم سیكل یك یكسوكننده تمام موج اتفاق می افتد ، بنابراین زمان تناوب شكل موج یكسو شده ، یعنی نصف فركانس سیگنال ورودی است .

كه در آن ، جریان به میلی آمپر ، C ظرفیت به میكروفاراد ، و به كیلواهم است .

مثال : ولتاژ موجك یك یكسوساز تمام موج را بدست آورید كه ظرفیت خازن فیلتر آن و جریانی كه بار می كشد ، 80 m A باشد .

كه در آن ولتاژ نوك یكسوساز ، جریان بار بر حسب میلی آمپر ، و C ظرفیت خازن به میكروفاراد است .

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *