تنظیم کننده های ولتاژ یک ولتاژ ورودی را می گیرند و یک ولتاژ خروجی تنظیم شده در سطح ثابت یا قابل تنظیم ایجاد می کنند. این تنظیم خودکار سطح ولتاژ خروجی توسط انواع مختلف تنظیم کننده های ولتاژ به طور متفاوتی انجام می شود.
انواع رگولاتورهای ولتاژ
مقرون به صرفه ترین و اغلب ساده ترین نوع تنظیم کننده ولتاژ برای استفاده، تنظیم کننده های ولتاژ خطی هستند. تنظیم کننده های خطی فشرده هستند و اغلب در سیستم های ولتاژ پایین و کم مصرف استفاده می شوند. رگولاتورهای سوئیچینگ کارآمدتر از تنظیم کننده های ولتاژ خطی هستند، اما کار با آنها سخت تر و گران تر هستند. دیودهای زنر ارزان و ساده برای استفاده هستند اما کارایی کمتری نسبت به تنظیم کننده های خطی دارند.
تنظیم کننده های خطی
یکی از اساسی ترین راه ها برای ارائه ولتاژ پایدار برای الکترونیک استفاده از یک تنظیم کننده ولتاژ خطی 3 پین استاندارد، مانند LM7805 است که خروجی 5 ولتی 1 آمپر را با ولتاژ ورودی ارائه می کند. تا 36 ولت (بسته به مدل).
تنظیم کننده های خطی با تنظیم مقاومت سری معادل (ESR) رگولاتور بر اساس ولتاژ فیدبک کار می کنند و اساساً به یک مدار تقسیم کننده ولتاژ تبدیل می شوند. این به رگولاتور اجازه می‌دهد تا ولتاژ ثابتی را بدون توجه به بار فعلی وارد شده بر روی آن، تا ظرفیت فعلی خود تولید کند.
یکی از معایب بزرگ رگولاتورهای ولتاژ خطی، حداقل افت ولتاژ بزرگ است که در رگولاتور ولتاژ خطی استاندارد LM7805 2.0 ولت است. این بدان معنی است که برای دریافت خروجی پایدار 5 ولت، حداقل یک ورودی 7 ولت لازم است. این افت ولتاژ نقش زیادی در توان تلف شده توسط رگولاتور خطی ایفا می کند که در صورت ارائه بار 1 آمپر (افت ولتاژ 2 ولت برابر 1 آمپر) باید حداقل 2 وات را تلف کند.
با افزایش اختلاف بین ولتاژ ورودی و خروجی، اتلاف توان بدتر می شود. به عنوان مثال، در حالی که یک منبع 7 ولتی تنظیم شده روی 5 ولت که 1 آمپر را تحویل می دهد، 2 وات را از طریق رگولاتور خطی تلف می کند، یک منبع 10 ولتی تنظیم شده روی 5 ولت که همان جریان را ارائه می دهد، 5 وات را تلف می کند که باعث می شود رگولاتور تنها 50 درصد کارایی داشته باشد.
تنظیم کننده سوئیچینگ
تنظیم‌کننده‌های خطی راه‌حل‌های عالی برای کاربردهای کم مصرف و کم‌هزینه هستند که در آن اختلاف ولتاژ بین ورودی و خروجی کم است و به برق زیادی نیاز نیست. بزرگترین نقطه ضعف رگولاتورهای خطی این است که این رگولاتورها ناکارآمد هستند، جایی که تغییر رگولاتورها وارد عمل می شوند.
هنگامی که راندمان بالا مورد نیاز است، یا محدوده وسیعی از ولتاژ ورودی مورد انتظار است، رگولاتور سوئیچینگ بهترین گزینه است. رگولاتورهای ولتاژ سوئیچینگ در مقایسه با راندمان تنظیم کننده ولتاژ خطی که اغلب کمتر از 50% هستند، راندمان برق 85% یا بهتر دارند.
تنظیم‌کننده‌های سوئیچینگ معمولاً به اجزای اضافی نسبت به تنظیم‌کننده‌های خطی نیاز دارند. مقادیر اجزاء بیشتر از رگولاتورهای خطی بر عملکرد کلی رگولاتورهای سوئیچینگ تأثیر دارند. همچنین چالش‌های طراحی در استفاده مؤثر از تنظیم‌کننده‌های سوئیچینگ بدون به خطر انداختن عملکرد مدار ناشی از نویز الکترونیکی که رگولاتور ایجاد می‌کند، وجود دارد.
دیودهای زنر
یکی از ساده ترین راه ها برای تنظیم ولتاژ با دیود زنر است. در حالی که تنظیم کننده های خطی معمولاً در طراحی اولیه هستند، یک دیود زنر تنظیم ولتاژ کافی را در یک جزء فراهم می کند.
از آنجایی که دیودهای زنر تمام ولتاژهای اضافی را بالاتر از آستانه ولتاژ شکست خود به زمین منتقل می کنند، می توان از آن به عنوان یک تنظیم کننده ولتاژ ساده استفاده کرد که ولتاژ خروجی روی سرب های دیود زنر کشیده می شود.
با این حال، Zeners اغلب توانایی محدودی برای مدیریت انرژی دارند، که این را فقط به برنامه های کم مصرف محدود می کند. هنگام استفاده از دیودهای زنر به این روش، بهتر است با انتخاب استراتژیک یک مقاومت با اندازه مناسب، توان موجود را که می‌تواند از طریق زنر عبور کند، محدود کنید.
