3 Terminal Regulator Tegangan Tetap - Sirkuit Kerja dan Aplikasi

Regulator tetap 3 terminal yang populer yang tersedia saat ini adalah dalam bentuk IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815, dan IC 7824, yang sesuai dengan keluaran tegangan tetap 5 V, 9 V, 12 V, 15V, dan 24 V .

Ini disebut tetap regulator tegangan karena IC ini mampu menghasilkan tegangan output DC tetap yang distabilkan dengan sangat baik sebagai respons terhadap tegangan input DC tidak diatur yang jauh lebih tinggi.

Regulator tegangan monolitik high end ini dapat dibeli dengan sangat murah saat ini, yang biasanya lebih murah dan lebih mudah untuk dikerjakan, dibandingkan dengan membangun. sirkuit pengatur diskrit setara.

Regulator 3-terminal ini sangat mudah untuk dihubungkan, seperti yang dapat dilihat pada diagram sirkuit di bawah ini yang menunjukkan metode standar penerapan IC ini.

Ketiga terminal IC tersebut karena alasan yang jelas, yang diberi nama masukan, umum dan keluaran .

Suplai positif dan negatif hanya terhubung melintasi input dan terminal umum IC masing-masing, sedangkan tegangan stabil yang diatur diperoleh di output dan terminal umum.

Satu-satunya bagian eksternal diskrit yang diminta secara opsional adalah kapasitor pada input dan kabel output dari IC. Kapasitor ini diperlukan untuk meningkatkan tingkat pengaturan keluaran perangkat, dan untuk meningkatkan respons transien. Nilai mikrofarad dari kapasitor ini umumnya tidak kritis, dan oleh karena itu biasanya antara 100 nf, 220 nf atau 330 nf.

Jenis Regulator Seri 78XX

Itu jenis tegangan tetap yang paling populer dan banyak digunakan , regulator tegangan monolitik adalah regulator positif seri 78XX, dan regulator negatif seri 79XX.

Ini ditemukan dengan 3 spesifikasi arus keluaran. Mereka memberi Anda 9 jenis varian positif dan sembilan 9 jenis varian negatif, seperti yang terungkap dalam bagan di bawah ini.

Seri IC 78XX ini dilengkapi dengan peringkat tegangan tambahan baik dalam bentuk positif maupun negatif. Rentang standar untuk regulator 78XX ini adalah 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V dan 24 V, yang sesuai dengan IC 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824 IC.

Banyak dari perangkat ini memiliki karakter sufiks atau angka dengan nomor tercetaknya, tergantung pada produsen atau jenis mereknya.

Namun, semuanya pada dasarnya sama dengan peringkat identik. Beberapa bagian dealres tidak akan benar-benar mempromosikan IC ini dengan nomor jenis, melainkan hanya menunjukkan spesifikasi polaritas, tegangan dan arus, dan kadang-kadang dengan mengacu pada gaya paket mereka.

Fitur utama

IC ini memiliki fitur pembatas arus built-in dan perlindungan hubung singkat untuk beban keluaran. Pada regulator seri 78XX daya sedang dan tinggi, fitur ini umumnya berjenis lipat. Pembatasan arus lipat adalah kondisi di mana kelebihan beban tidak direspon oleh arus keluaran karena pembatasan arus otomatis.

Apa itu Batas Arus Foldback

Reaksi foldback dari rangkaian pembatas arus lipat dapat disaksikan pada gambar berikut, yang secara jelas menunjukkan bagaimana arus keluaran meminimalkan dalam kondisi kelebihan beban hingga biasanya kurang dari 50% arus keluaran ideal. Alasan utama untuk menggunakan pembatasan arus lipat adalah karena hal itu secara signifikan mengurangi disipasi dalam regulator dalam situasi hubung singkat.

Respon pembatasan arus lipat kembali dapat dipahami dari penjelasan berikut:

Misalkan kita memiliki 7805 IC dengan input 10 V dan mengalami korsleting di terminal outputnya. Dalam situasi ini di bawah tipe arus biasa yang membatasi output IC akan terus menghasilkan arus 1 amp memberikan disipasi 10 watt. Tetapi dengan arus lipat balik khusus yang membatasi arus hubung singkat dapat dibatasi hingga sekitar 400 mA, mengakibatkan disipasi pada perangkat hanya 4 watt saja.

Fitur Thermal Shutdown

Mayoritas regulator tegangan monolitik juga memiliki sirkuit perlindungan pemadaman termal built-in. Fitur ini membantu mengurangi arus keluaran jika perangkat mengalami situasi yang terlalu panas.

Akibatnya, jenis IC regulator tegangan ini sangat kuat, dan tidak pernah mudah rusak meskipun digunakan secara tidak benar. Yang mengatakan, salah satu cara di mana mereka dapat dihancurkan adalah dengan penerapan tegangan suplai input yang tinggi dari kisaran yang ditentukan.

Anda akan menemukan variasi dalam tegangan input maksimum yang dapat ditoleransi yang ditentukan oleh pemasok yang berbeda untuk IC ini dengan tipe standar yang sama, meskipun 25 volt tampaknya merupakan kisaran minimum yang ditawarkan untuk perangkat 5 volt (7805). Regulator tegangan yang lebih besar dapat menangani minimum 30 volt, sedangkan untuk jenis 20 dan 24 volt, rentang input hingga 40 volt.

Agar rangkaian berfungsi dengan benar, tegangan input harus lebih tinggi 2,5 volt dari tegangan output yang diperlukan, dengan pengecualian untuk regulator 7805 di mana tegangan input seharusnya lebih dari 2 V di atas output 5 V yang diperlukan, artinya seharusnya minimal 7 V.

Siaga Saat Ini tanpa Beban

Arus diam atau konsumsi arus idle dari IC ini tanpa beban apa pun pada output dapat berada di antara 1 dan 5 mA, meskipun ini bisa mencapai 10 mA dalam beberapa varian daya yang sangat tinggi.

Regulasi Jalur dan Beban

Regulasi garis untuk semua IC regulator 78XX lebih kecil dari 1%. Artinya, tegangan keluaran dapat menunjukkan variasi kurang dari 1% terlepas dari variasi tegangan masukan dari kisaran tegangan masukan maksimum dan minimum.

Pengaturan beban biasanya juga lebih rendah dari 1% untuk sebagian besar perangkat ini. Fitur ini memastikan bahwa keluaran akan terus memberikan tegangan keluaran konstan pengenal terlepas dari kondisi pembebanan keluaran.

Fitur penolakan riak untuk sebagian besar IC regulator ini berada di sekitar 60 dB bersama dengan tingkat kebisingan keluaran yang mungkin lebih rendah dari 100 mikrovolt.

Pembuangan Daya

Ketika Anda menggunakan IC regulator 78XX ini, Anda harus ingat bahwa IC ini hanya dapat menangani disipasi daya dalam jumlah terbatas. Oleh karena itu, di bawah beban keluaran tertinggi, tegangan masukan tidak boleh melebihi beberapa volt lebih tinggi dari batas masukan maksimum yang dapat ditoleransi.

Disipasi daya maksimum pada suhu ruangan normal (25 derajat Celcius) untuk perangkat 78XX berdaya rendah, sedang, dan tinggi masing-masing adalah 0,7 watt, 1 watt dan dan 2 watt.

Batasan di atas dapat ditingkatkan secara signifikan menjadi 1,7 watt, 5 watt dan 15 watt masing-masing jika perangkat dipasang pada heatsink yang sangat besar. Daya yang hilang di semua perangkat pengatur ini sebanding dengan perbedaan antara tegangan input dan output, dikalikan dengan arus keluaran.

Cara Mendaftar Heatsink ke IC 78XX

Dalam situasi ini ketika perangkat terisi penuh pada sekitar 800 mA, disipasi dari perangkat dapat mencapai 4 watt (0,8A x 5V = 4W).

Ini tampaknya dua kali lebih banyak dari PD 2 watt maksimum yang diizinkan untuk perangkat 7815. Ini menyiratkan bahwa tambahan 2 watt harus dikompensasikan melalui heatsink.

Berbagai pilihan heatsink umumnya tersedia di pasar, dan ini diidentifikasi dengan peringkat derajat / watt tertentu.

Peringkat ini pada dasarnya menunjukkan kenaikan suhu yang disebabkan untuk setiap watt daya yang dihamburkan melalui heatsink. Ini juga menunjukkan bahwa untuk heatsink yang lebih besar, derajat per watt akan lebih rendah secara proporsional.

Ukuran heatsink terendah yang diperlukan untuk perangkat regulator 78xx dapat ditentukan dengan cara berikut.

Kita harus mencari tahu suhu atmosfer nominal tempat perangkat digunakan. Kecuali jika perangkat mungkin digunakan di lingkungan yang tidak biasa hangat, angka sekitar 30 derajat Celcius dapat dianggap sebagai asumsi yang masuk akal.

Peringkat Suhu Aman

Selanjutnya, mungkin penting untuk mempelajari peringkat suhu aman maksimum untuk IC regulator 78XX tertentu. Untuk regulator 78XX monolitik kisaran ini mungkin pada 125 derajat Celcius. Karena itu, ini sebenarnya adalah suhu persimpangan, dan bukan suhu casing yang dapat ditahan oleh IC.

Suhu casing maksimum absolut yang diizinkan adalah sekitar 100 derajat Celcius. Oleh karena itu, menjadi penting untuk tidak membiarkan suhu perangkat meningkat di atas 70 derajat Celcius (100 - 30 = 70).

Karena daya 2 watt dapat mengakibatkan kenaikan suhu maksimal 70 derajat, heatsink yang diberi nilai untuk menghilangkan 35 derajat Celcius / watt atau kurang (70 derajat dibagi 2 watt = 35 derajat C per watt) akan bagus cukup.

Secara praktis, heatsink yang relatif lebih besar harus digunakan, karena perpindahan panas tidak pernah sangat efisien dalam banyak kasus.

Selain itu, untuk mendapatkan stabilitas yang tahan lama, harus dipastikan bahwa perangkat secara ideal dioperasikan pada kisaran suhu maksimum yang diizinkan.

Jika memungkinkan, pastikan margin yang wajar +/- 20 derajat atau mungkin lebih.

Jika IC regulator tertutup di dalam wadah dan ditutup jauh dari atmosfer bebas, dapat menyebabkan udara yang terperangkap di dalam wadah menjadi hangat oleh disipasi regulator. Hal ini pada gilirannya dapat menyebabkan bagian sensitif lainnya pada PCB bekerja dalam kondisi yang lebih hangat. Situasi seperti itu mungkin memerlukan heatsink yang lebih besar untuk IC regulator.

Sirkuit Aplikasi

Rangkaian aplikasi tipikal catu daya yang menggunakan regulator tegangan monolitik 78XX tegangan tetap dapat dilihat di bawah ini.

Dalam desain ini IC 7815 digunakan sebagai IC regulator yang memberi kita sekitar +15 volt pada arus sekitar 800 mA.

Trafo yang digunakan memiliki rating 18 -0 - 18V untuk sekunder dengan nilai arus 1 amp.

Ini terhubung ke penyearah gelombang penuh push-pull yang memberikan tegangan yang tidak dibebani sekitar 27 V Dc setelah disaring melalui C1.

Kapasitor C2 dan C3 bekerja seperti kapasitor decoupling input dan output yang harus dipasang relatif lebih dekat ke badan IC. Ketika beban output penuh Anda akan melihat tegangan input yang diterapkan ke IC1 mencapai level pada 19 hingga 20 volt, memungkinkan perbedaan sekitar 5 volt di seluruh input / output regulator.

Cara Membuat Rangkaian Catu Daya Ganda

Karena regulator monolitik 78XX tegangan tetap dapat dibeli baik dalam varian negatif maupun positif, mereka tampak sempurna untuk diterapkan catu daya ganda yang seimbang .

Misalnya, ketika pasokan yang diatur diperlukan untuk mengoperasikan sebuah sirkuit berbasis op amp dengan suplai positif dan negatif 12 volt pada 100 mA, desain yang ditunjukkan pada gambar berikut dapat diterapkan.

Dalam contoh ini, T1 adalah transformator 15-0-15 volt dengan nilai arus sekunder 200 mA atau lebih. Anda dapat menemukan beberapa penyearah gelombang penuh dorong-tarik D2 dan D3 yang memberi Anda keluaran positif.

D1 bersama dengan D4 memberikan output negatif. Suplai positif disaring oleh C1 sedangkan garis negatif dibersihkan dan disaring oleh C2.

IC1 memberi Anda output suplai positif yang diatur, sedangkan IC2 bekerja seperti regulator suplai negatif. C3 hingga C6 diposisikan seperti kapasitor decoupling untuk meningkatkan efisiensi keluaran dalam hal respons yang lebih baik terhadap lonjakan, kebisingan, dan transien.

Tegangan Output Tinggi menggunakan Rangkaian Regulator seri

Konfigurasi yang ditunjukkan di atas juga dapat digunakan untuk mendapatkan nilai tegangan gabungan dari kedua regulator. Artinya, jika 79L12 diganti dengan regulator 78L12 akan memungkinkan keluaran menjadi 24V.

Dalam konfigurasi seperti itu, garis 0V dapat diabaikan, dan keluaran + 24V dapat diakses langsung melalui garis positif dan negatif dari keluaran.

Tegangan Output Tinggi menggunakan Rangkaian Dioda Seri

Sebenarnya sangat mudah untuk mendapatkan dorongan tegangan kecil pada keluaran dengan menggunakan beberapa dioda penyearah antara pin arde IC dan saluran arde.

Pendekatan ini memungkinkan pengguna untuk mengakses level tegangan yang sedikit lebih tinggi yang mungkin tidak langsung diperoleh dari perangkat pengatur yang sudah jadi.

Teknik yang tepat dari pemasangan kabel konfigurasi ini dapat dilihat pada gambar berikut.

Dalam contoh ini kami telah memperkirakan tegangan output yang diperlukan menjadi sekitar 6V, dan telah menerapkan hal yang sama melalui IC regulator 5 volt dengan meningkatkan output sebesar 1 volt.

Seperti yang dapat dilihat, ketinggian 1 V ini dicapai secara efektif hanya dengan menggabungkan beberapa dioda penyearah seri dengan kabel pengatur umum.

Penyearah disambungkan untuk memastikan bias maju melalui arus diam yang digunakan oleh regulator, dan yang bergerak melalui terminal GND umum perangkat.

Akibatnya, dioda yang terpasang berperilaku seperti dioda zener tegangan rendah, di mana setiap dioda turun sekitar 0,5 hingga 0,6 volt yang memungkinkan tegangan zener gabungan sekitar 1 hingga 1,2 volt.

Tujuan dari desain ini adalah untuk mengangkat terminal umum regulator sebesar 1 volt di atas potensi suplai arde. Di sini IC regulator 7805 benar-benar menstabilkan output pengenal pada 5 V di atas garis ground, oleh karena itu, dengan meninggikan terminal ground sekitar 1 V, output juga diangkat dengan besaran yang sama, menyebabkan output juga diatur sekitar Tingkat 6 V. Prosedur ini bekerja sangat baik dengan ketiga IC regulator tegangan 78XX terminal.

Resistor Biasing untuk Dioda

Namun dalam beberapa kasus, Anda mungkin harus memasang resistor eksternal melintasi GND dan pin keluaran IC untuk membantu sedikit arus tambahan ke dioda, sehingga dapat berjalan secara optimal untuk hasil yang diinginkan.

Karena setiap dioda penyearah akan memfasilitasi penurunan ke depan sekitar 0,65 V kira-kira, dengan menghitung lebih banyak dioda secara seri kita dapat mencapai tingkat tegangan yang ditingkatkan secara proporsional di seluruh output IC.

Namun, agar hal ini terjadi, level input harus lebih tinggi setidaknya 3V dari level output perkiraan akhir. Dioda silikon seperti 1N4148 akan bekerja cukup baik untuk aplikasi.

Atau jika dioda terlihat tidak praktis, dioda zener ekivalen tunggal juga dapat digunakan untuk mendapatkan efek yang sama, seperti yang ditunjukkan pada contoh berikut.

Karena itu, pastikan bahwa prosedur diterapkan untuk mendapatkan tidak lebih dari 3 V lebih tinggi dari rating perangkat yang sebenarnya. Di luar tingkat ini, stabilisasi keluaran mungkin terpengaruh.

Meningkatkan Kapasitas Arus

Modifikasi hebat lainnya ke regulator 78XX dapat diterapkan untuk mencapai peningkatan arus keluaran lebih tinggi dari peringkat maksimum perangkat.

Salah satu metode untuk melakukan ini ditunjukkan di bawah ini.

Rasio konfigurasi R1, dan R2 yang ditunjukkan memastikan bahwa untuk setiap arus milliamp yang melewati R1, D1 dan regulator, sedikit arus yang melebihi 4 mA dialihkan melalui Tr1 dan R2.

Akibatnya ketika 1 amp penuh digunakan melalui IC1, kami memiliki arus lebih dari 4 amp yang melewati Tr1. Situasi ini memungkinkan rangkaian untuk memberikan arus keluaran optimal yang sedikit lebih tinggi dari 5 amp.

Bahkan dalam kondisi kelebihan beban, arus yang melalui Tr1 dan IC1 tetap memiliki rasio yang agak lebih tinggi dari 4: 1, oleh karena itu, fitur pembatas IC saat ini terus bekerja tanpa masalah.

Sirkuit bentuk ini sebenarnya telah terbukti tidak diperlukan saat ini karena ketersediaannya perangkat pengatur daya yang lebih tinggi seperti 78H05, 781-112 dll yang datang dengan nilai arus maksimum 5 amp, dan memungkinkan pengguna untuk mengkonfigurasinya persis dengan kemudahan yang sama seperti rekan arus yang lebih rendah.