Seri Regüle Devresi

• Voltaj regülatörü nedir
• Voltaj regülatörü çeşitleri
• Voltaj regülatörü Devresi
• Voltaj regülatörü olarak Zener Diyot
• Seri regülatör ve şönt regülatör arasındaki fark
• Seri regülatör
• Şönt regülatörü
• Düzenlenmiş güç kaynağı
• Voltaj regülatörünün işlevi
• Yüzde düzenlemesi
• Voltaj regülatörünün uygulamaları

Voltaj regülatörünün tanımı:

"Voltaj regülatörü, uygulanan giriş voltajından, çıkış yük akımından ve sıcaklıktan temelde bağımsız olan sabit bir DC çıkış voltajı sunan bir DC regülatördür.".

Ayrıca regülatör çıkışı ihtiyaca göre değiştirilebilir. Dolayısıyla voltaj regülatörünün işlevi iki katlıdır. Çıkış voltajı istenilen seviyede düzenlenebilir. 1. Çıkıştaki regüle edilmiş voltaj, besleme voltajındaki bozulmalara veya yükteki değişime rağmen sabit tutulabilir.

Voltaj Regülatörü Çeşitleri:

• Zener Diyot Tabanlı Şönt Regülatörleri
• The Transistor Bazlı Şönt Regülatörleri
• Transistör Serisi Regülatörler
• Transistör Akım Regülatörleri
• Transistör Kontrollü Seri Regülatörler
• Op-amp tabanlı Şönt Düzenleyiciler
• Op-amp tabanlı Seri Regülatörler
• Anahtarlama Gerilimi Entegre Devre Regülatörleri
• Monolitik Düzenleyiciler

Voltaj Regülatörü Devresi:

Aşağıdaki şekil, bir regülatörün Zener diyotuna atıfta bulunur.

giriş akımı, ben_S=V_S-V_Z/R_S

Nerede V_S= dc giriş voltajı regülatör devresine V_Z= Zener voltajı

Zener diyot terminallerindeki voltaj,

V_L=V_Z + I_Z r_z

V_L=V_Z (I_tr_z ihmal edilebilir)

I_L=V_L/R_L

Giriş akımı, ben_S=I_Z + I_L veya ben_Z= Ben_S - BEN_L

Voltaj Regülatörü Olarak Zener Diyot:

Bu devrede, bir Zener diyotu, değişken bir voltaj kaynağı kaynağı ile ters taraflı paralel olarak birleştirilir. Bu devredeki Zener diyot, voltaj ters arıza voltajında ​​​​olduğunda çalışacaktır. Ardından, diyot nispeten düşük empedans gerilimi korur.

Bu, giriş voltajı V olan tipik bir voltaj düzenleme devresidir._IN. Bu voltaj, sabit bir çıkış voltajına, yani V'ye kadar düzenlenir._OUT. Arıza diyot voltajı, geniş bir akım aralığında kararlıdır ve V'yi korur_OUT Göreceli voltaj bu işlem sırasında dalgalansa bile nispeten sabit.

Ohm yasasına göre diyot akımı, diyot boyunca akan, diyot üzerine bir yük yerleştirilir ve Zener diyot ters arızada çalıştığı sürece diyot sabit bir voltaj verecektir. yüke. Bu aşamadaki Zener diyotları genellikle daha gelişmiş devreler için kararlı bir regülatör olarak kullanılır.

Seri Regülatör Devresi:

Seri regülatör devresinin temel blok şeması aşağıda gösterilmiştir. Kontrol elemanı, i/p ve o/p terminali arasındaki yük ile seri olarak bağlanır. Örnekleme devresi, çıkış voltajındaki değişimi algılar. Karşılaştırıcı devre, örnek voltajı referans olanla karşılaştıracaktır. Kontrol elemanı bu süre boyunca kompanzasyon yapacak ve sabit bir çıktıyı koruyacaktır. Kontrol elemanı, V olduğunda daha fazla iletir.₀ V olduğunda azaltır ve daha az iletir₀ artışlar.

Burada basit bir seri regülatör sunulmaktadır. Transistör Q, seri olan kontrol elemanıdır. Zener diyotu referans voltajı sağlar.

Şönt Regülatör Devresi:

Lineer voltaj regülatörü kategorisinde, şönt regülatör devresinde çıkış izlenir ve geri besleme sinyali, istenen çıkışı korumak için giriş sinyallerinde değişiklik başlatır. Ancak seri regülatörlerde kontrol ünitesi veya ayar ünitesi seri, şönt regülatörlerde ise kontrol ünitesi şönt içindedir. Temel blok şeması aşağıda gösterilmiştir,

Şönt regülatörlerde ise kontrol elemanı şöntte olduğu için akımı yükten uzağa çevirerek regülasyon sağlamak için daha fazla iletir.

Düzenlenmiş Güç Kaynağı Nedir?

Düzenlenmiş bir güç kaynağı bağımsız bir ünitedir. Bir devreye sabit bir voltaj sağlayabilir. Bu, belirli güç kaynağı sınırları içinde çalıştırılmalıdır. Düzenlenmiş güç kaynağı çıkışı, değişken veya tek yönlü olabilir, ancak standart çalışmada neredeyse bir DC'dir.

Stabilizasyon türü, çıktının bir dizi yük koşulu altında mutlak sınırlar içinde kaldığını doğrulamak için sınırlandırılabilir.

Spesifikasyon parametreleri şunlardır:

• Giriş Voltajı parametresi
• Çıkış Gerilimi parametresi
• Çıkış Akımı parametresi
• Kararlılık faktörü
• Dalgalanma faktörü
• Depolanan Enerji
• Darbeli işlemler
• Yük Yönetmeliği
• Hat yönetmeliği
• Dinamik Düzenleme
• Verim.

Şönt ve Seri Regülatör Karşılaştırması

Voltaj Regülatörünün işlevi nedir?

Bir voltaj regülatörü, giriş voltajından, çıkış yük akımından ve sıcaklıktan bağımsız olan sabit bir DC çıkışı sağlamaktır. Bir güç kaynağı devresinin önemli bir bileşenidir. tarafından sağlanan giriş voltajı doğrultucu devre. Düşük kapasiteli (VA) regülatörler genel olarak evsel uygulamalarda, televizyon, buzdolabı, klima vb. ve bilgisayar gibi gerekli donanımlar için kullanılmaktadır. Bu tıbbi cihazlarda voltajlardaki ani değişimler, ekipmanı etkileyerek hatalı sonuçlara yol açabilir ve sonuçta zarar görebilir.

Yüzde Düzenlemesi Nedir?

Bir regülatör için temel performans ölçüleri hat regülasyonu ve yük regülasyonu parametresidir. Hat regülasyonu, aşağıdaki şekilde açıklandığı gibi, giriş voltajındaki belirli bir değişiklik için çıkış voltajının yüzdesindeki değişiklik olarak tanımlanır:

Voltaj Regülatörlerinin Kullanım Alanları:

• Voltaj Regülatörleri, düşük çıkış voltajı anahtarlamalı güç kaynağı devrelerinde kullanılır.
• Hata yükselteçleri tasarımında kullanılır.
• Akım kaynağı ve lavabo devrelerinin tasarımında
• Bunlar voltaj izleme ve bakım için kullanılır.
• Hassas akım sınırlayıcı devresini tasarlamak için kullanılır. içinde uygulanır Analog ve Dijital Hassas referans için devreler.
• Ayarlanabilir voltaj veya akım lineer devrelerinde vb. kullanılır.

Merhaba arkadaşlar bu yazımızda kademe kademe ilerleyerek gerek paylaşıma sunduğumuz teorik bilgiler gerekse temel elektronik devreler ile verilen örnek devreler ile bilgilerimizi güçlendirdikten sonra  regülatör devrelerini inceleyeceğiz.

Aşağıda verilen  örnek elektronik devrelerin incelenmesine geçilmeden önce  güç kaynağının bölümlerine ait dökümanımızın incelenmesi önerilir.

< REGÜLE DEVRELERİ >

Zener Diyodlu Regültör

   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 bağlanan seri dirençteki gerilim düşümünü arttırdığından yüke gelen gerilim sabit kalmaktadır.

    Zener diyot yapısı gereği, uçlarına uygulanan gerilim zener geriliminden fazla bile olsa zener uçlarında sabit bir gerilim meydana gelir. Yalnız zener diyodun regülasyon yapabilmesi için uçlarına zener geriliminden daha fazla gerilim uygulanması gerekir.

Zener diyodlu regüle devresi için gerekli malzemeler ise şunlardır;

•  1 X V/12V 4W transformatör
•  4 X 1N Diyot
•  1 X μF Kondansatör
•  1 X R1 Ω Direnç
•  1 X R2 1 KΩ  Direnç
•  1 X Z V Zener diyot

Malzemelerimizi yazdıktan sonra yazdığımız devre elemanları ile zener diyodlu regüle devresi ve analizi ;

Sonuç olarak Şekil 1&#;e bakıldığında AC voltmerede okunan değerler sırasıyla Va= V, Vb=18,6 V ve Vc=8,64 V&#;dur.  PDF dokümanımızda verilen teorik tanımları bu devremizle pekiştirecek olursak;

Teorik Sonuçlar Deneysel Sonuçlar

Vb=√2*Va-2Vd(1n ileri besleme gerilimi)                   Va= V

Vb= √2* V -2* => Vb= V                                          Vb= V

Vc= Vzener = V                                                                       Vc= V

Vb gerilimlerinin farklı değerlerde olmasının nedeni proteus ortamında 1n diyodun&#;un ileri besleme gerilimi V olarak ayarlanmış olmasıdır.

Seri  Regüleli Devresi

  Zener diyotun tek başına kullanıldığı regüle devresinden çekilen akım sınırlıdır. Bu sebeple daha fazla akım ihtiyacı olduğunda zener diyotun bir transistorün beyzine bağlanmasıyla çalışan seri regüle devreleri kullanılır. Bu devrelerde zener diyot, transistorün beyz gerilimini sabit tutarak regülasyon yapılmasını sağlar. Seri regülatör, yük akımını sabit tutmak için kullanılır. Bu tür bir uygulama bir veya iki transistörle gerçekleştirilebilmektedir

Seri Regüle devresi için gerekli malzemeler ise şunlardır;

•  1 X V/15V 4W transformatör
•  4 X 1N Diyot
•  1 X μF Kondansatör
•  1 X R1 Ω Direnç
•  1 X R2 1 KΩ  Direnç
•  1 X Z V Zener diyot
•  1 X μF Kondansatör
•  1 X BD Transistör

Malzemelerimizi yazdıktan sonra yazdığımız devre elemanları ile seri regüle devresi ve analizi ;

Sonuç olarak Şekil 3&#;e bakıldığında voltmetreler de okunan değerler sırasıyla A noktasında volt,B noktasında volt ve son olarak E noktasında okunan değer ise Volt&#;tur.  Bunlara ek olarak devremizin besleme gerilimi ise 30 Vac (peak to peak ).Ayrıca transistörün emitör bacağı iletimde iken sahip olduğu gerilim V.Bu veriler ışığında

Teorik Sonuçlar  Deneysel Sonuçlar

Va=Va-2Vd(1n ileri besleme gerilimi)

Va= V -2* => Vb= V                                                 Va= V

Vb= Vzener = V                                                                       Vb=   V

Ve= Vb-Viletim(Transistör iletimde)

Ve= V- V = V                                                                  Ve= V

Elektronik devre  analiz edilecek olursa teorik olarak hesaplanan değerler ile deneysel olarak ölçülen değerlerin aynısı olduğu ve zener diyodlu regüle devresine göre çıkış gerilimimizin değişken değil sabit olduğu anlaşılmıştır.

Pozitif Gerilim Regületör

     Şekil 4’de entegresi ile yapılan +5 Voltluk regülatör görülmektedir. Bu entegrenin girişine regülesiz 9 Volt pozitif gerilim uygulandığında, çıkışında regüleli +5 Voltluk bir gerilim elde edilecektir. Aynı anda bu entegrenin çıkış akımı 1 Amper olduğuna göre, ıkıştan en fazla 1 Amper akım çekilebilecektir. Şekil 4’de entegre gerilim regülatör resimleri görülmektedir.

Pozitif regüle devresi için gerekli malzemeler ise şunlardır;

•  1 X V/9V 4W transformatör
•  2X 1N Diyot
•  1 X μF Kondansatör
•  1 X 1 KΩ Direnç
•  1 X regüle entegresi

Malzemelerimizi yazdıktan sonra yazdığımız devre elemanları ile pozitif gerilim  regüle devresi ve analizi ;

Sonuç olarak Şekil 4&#;e bakıldığında tam dalga doğrultmaç devresi kurulmuş ve transformatörün çıkışından devreye  9 Vrms gerilimi verilmiş ve çıkışından sabit +5 Vdc elde edilmiştir. Devrede C1 kondansatörü ile transformatör üzerindeki gürültü toprağa aktarımıştıseafoodplus.infoıca C2 kondansatörü ile ise entegresinin çıkışından eldeedilen gerilim üzerindeki gürültü toprağa aktarılmıştır.

Negatif Gerilim Regülatör

  Şekil 5’de entegresi ile yapılan -5 Voltluk Negatif Gerilim Regülatör devresi görülmektedir. Bu entegrenin girişine regülesiz 9 Volt pozitif gerilim uygulandığında, çıkışında regüleli -5 Voltluk bir gerilim elde edilecektir. Aynı anda bu entegrenin çıkış akımı 1 Amper olduğuna göre, çıkıştan en fazla 1 Amper akım çekilebilecektir.

Negatif Regüle devresi için gerekli malzemeler ise şunlardır;

•  1 X V/9V 4W transformatör
•  2X 1N Diyot
•  1 X μF Kondansatör
•  1 X 1 KΩ Direnç
•  1 X regüle entegresi

Malzemelerimizi yazdıktan sonra yazdığımız devre elemanları ile negatif gerilim regüle devresi ve analizi ;

Sonuç olarak şekil 5&#;e bakıldığında tam dalga doğrultmaç devresi kurulmuş ve transformatörün çıkışından devreye  9 Vrms gerilimi verilmiş ve çıkışından sabit -5 Vdc elde edilmiştir. Devrede C1 kondansatörü ile transformatör üzerindeki gürültü toprağa aktarılmıştıseafoodplus.infoıca C2 kondansatörü ile ise entegresinin çıkışından elde edilen gerilim üzerindeki gürültü toprağa aktarılmıştır.

Ayarlanabilir Gerilim Regülatörü

    LM entegresi kullanımı son derece kolay bir ayarlı gerilim regülatörüdür. Şekil 6’da LM entegresi kullanılarak gerçekleştirilen devre, kısa devre korumalı olup çıkış akımı  1,5 Amper değerinde otomatik olarak sınırlanmaktadır. Çıkış gerilimi  RV1 potansiyometresi ile ayarlanır. C1 kondansatörü ön filtreleme yapar. Devredeki transformatörün gücü ve köprü diyodun akım değeri çıkıştan çekilecek akıma göre seçilir.

Ayarlanabilir gerilim regülatörü devresi için gerekli malzemeler ise şunlardır;

•  1 X V/18V 4W transformatör
•  2X 1N Diyot
•  1 X μF Kondansatör
•  1 X Ω Direnç
•  1 X 5K Potansiyometre
•  1 X LM regüle entegresi

Malzemelerimizi yazdıktan sonra yazdığımız devre elemanları ile ayarlı gerilim  regüle devresi ve analizi ;

Devrelerin Proteus ortamında çizilen elektronik devrelerinin simülasyon yapılabilmesi için verilen linkten dosyaları direkt indirebilirsiniz ..

Regüle devrelerin proteus çizimleri

Zener Diyot, temel olarak standart PN bağlantı diyotuyla aynıdır, ancak uygulanan herhangi bir ters voltajdan yararlanan düşük ve belirlenmiş bir Ters Arıza Voltajına sahip olacak şekilde özel olarak tasarlanmıştır. 

Bir yarı iletken diyot akımı ters yönde bloke eder, ancak uygulanan ters voltaj çok yükselirse erken bozulma veya hasara maruz kalır.

Zener diyot, ileri polarlandıysa yani kullanılması gerektiği gibi kullanılıyorsa genel kullanım diyotları gibi davranır. Bununla birlikte, ters kutuplandığında kendi içinden herhangi bir akım akışını engelleyen geleneksel bir diyottan farklı olarak, yani Katot, Anottan daha pozitif hale gelirse, ters voltaj önceden belirlenmiş bir değere ulaşır ulaşmaz, zener diyot devrede iletmeye başlar.

Bunun nedeni, zener diyota uygulanan ters voltaj, diyotun nominal voltajını aştığında, yarı iletken tükenme katmanında Çığ Arızası(Avalanche Breakdown) adı verilen bir olay meydana gelir ve voltajdaki bu artışı sınırlamak için diyottan bir akım akmaya başlar.

Şimdi zener diyotundan akan akım, maksimum devre değerine (genellikle bir seri dirençle sınırlıdır) önemli ölçüde artar ve bir kez elde edildiğinde, bu ters doyma akımı, geniş bir ters voltaj aralığında oldukça sabit kalır. Zener diyot üzerindeki voltajın kararlı hale geldiği voltaj noktasına “zener voltajı” ( Vz ) denir ve zener diyotlar için bu voltaj bir volttan birkaç yüz volta kadar değişebilir.

Zener voltajının diyottan geçen akımı tetiklediği nokta, diyot yarı iletken yapısının doping aşamasında çok hassas bir şekilde kontrol edilebilir (% 1’den daha az toleransa kadar) diyota belirli bir zener kırılma voltajı (  Vz  ) verir. örneğin, V veya V. IV eğrisindeki bu zener arıza voltajı neredeyse dikey bir düz çizgidir.

Zener diyot akımının arıza akımı/kırılma akımı I_Z(min) ile maksimum akım derecesi I_Z(maks) arasında kalması koşuluyla, bu voltaj akımdaki büyük değişikliklerle bile neredeyse sabit kalır.

Zener diyotun bu kendini kontrol etme yeteneği, bir voltaj kaynağını besleme veya yük değişimlerine karşı düzenlemek veya stabilize etmek için kullanılabilir. Arıza bölgesinde diyot üzerinden geçen voltajın hemen hemen sabit olması, en basit tip voltaj regülatör uygulamalarında kullanılabileceği için zener diyotun önemli bir özelliği olduğu ortaya çıkmaktadır.

Bir voltaj regülatörünün işlevi, besleme voltajındaki dalgalanmalara veya yük akımındaki değişikliklere rağmen, kendisine paralel bağlı bir yüke sabit bir çıkış voltajı sağlamaktır. Bir zener diyot, akımı tutan diyotlar ters arıza bölgesinde minimum I _Z(min) değerinin altına düşene kadar voltajını düzenlemeye devam edecektir.

Zener Diyot Regülatörü

Zener Diyot, değişen yük akımı koşullarında düşük dalgalanma ile stabilize bir voltaj çıkışı üretmek için kullanılabilir. Uygun bir akım sınırlama direnci kullanarak devre sağlıklı bir şekilde tamamlanabilir.

Yarım veya tam dalga doğrultuculardan gelen DC çıkış voltajının, DC voltajına bindirilmiş dalgalanma içerdiğini ve yük değeri değiştikçe ortalama çıkış voltajını değiştirdiğini önceki öğreticilerden hatırlıyoruz. Doğrultucunun çıkışına aşağıda gösterildiği gibi basit bir zener stabilizatör devresi bağlayarak daha kararlı bir çıkış voltajı üretilebiliriz.

Direnç R_S gerilim kaynağı ile diyot üzerinden akım akışını sınırlandırmak için zener diyot ile seri bağlanmıştır.

Zener diyot, DC kaynağının pozitif rayına bağlı olan katot terminali ile bağlanır, bu nedenle ters polarmalı ve arıza durumunda çalışacaktır. 

Devreye yük bağlı değilken, yük akımı sıfır olacaktır (  I _L  = 0  ) ve tüm devre akımı zener diyotundan geçecektir ve bu da devrenin maksimum gücünü dağıtacaktır. Ayrıca, R_S direncinin küçük bir değeri olması, yük direnci R_L bağlandığında daha büyük bir diyot akımı ile sonuçlanacaktır ve bu, diyotun güç harcama gereksinimini artıracağından, uygun direnç değeri seçilirken dikkatli olunmalıdır. Bu yüksüz veya yüksek empedans koşulu altında zenerin maksimum güç derecesi aşılmamalıdır.

Yük, zener diyotuna paralel olarak bağlanır, bu nedenle R _L üzerindeki voltaj her zaman zener voltajıyla aynıdır, (  V _R  = V _Z  ). Gerilimin stabilizasyonunun etkili olduğu minimum bir zener akımı vardır ve zener akımı, arıza bölgesinde yük altında çalışırken her zaman bu değerin üzerinde kalmalıdır. Akımın üst sınırı elbette cihazın güç derecesine bağlıdır. Besleme gerilimi V _S , V _Z’den büyük olmalıdır .

Zener diyot stabilizatör devreleriyle kullanırken ortada küçük bir problem vardır. Diyotun voltajı dengelemeye çalışırken DC kaynağının üzerinde bazen elektriksel gürültü üretebilmesidir. Normalde bu çoğu uygulama için bir sorun değildir, ancak ek yumuşatma sağlamak için zener çıkışına büyük değerli bir dekuplaj kondansatörünün eklenmesi gerekebilir.

Bir zener diyotu her zaman ters polarma durumunda çalıştırılır. Böyle basit bir voltaj regülatör devresi, giriş voltajındaki değişikliklere veya yük akımındaki değişikliklere rağmen yük boyunca sabit bir DC çıkış voltajı sağlar.

Zener voltaj regülatörü, bu ters taraflı durumda R _L yüküne paralel olarak bağlanan zener diyotu ile giriş voltajı V _S ile seri olarak bağlanmış bir akım sınırlama direncinden R _S oluşur . Stabilize edilmiş çıkış voltajı her zaman diyotun bozulma voltajı V _Z ile aynı olacak şekilde seçilir.

Zener Diyot Soru Örneği 1

A V stabilised power supply is required to be produced from a 12V DC power supply input source. The maximum power rating P_Z of the zener diode is 2W. Using the zener regulator circuit above calculate:

12V DC güç kaynağından 5V regüle edilip kullanılacaktıseafoodplus.info diyotun maksimum güç derecesi P_Z = 2W’dir. Yukarıdaki zener regülatör devresini kullanarak şunları hesaplayın:

1.  Zener diyottan geçen maksimum akım:

 2. R_S direncinin minimum değeri:

3. Zener diyota 1kΩ’luk bir yük direnci bağlıysa,  yük akımı I_L kaç olur?

4. Full yükte zener akımı I_Z kaç olur?

Zener Voltaj Diyotları

Tek bir stabilize voltaj çıkışı üretmenin yanı sıra, zener diyotlar, aşağıda gösterildiği gibi çeşitli farklı referans voltaj çıkış değerleri üretmek için normal silisyum sinyal diyotları ile birlikte seri olarak da bağlanabilir.

Seri Bağlı Zener Diyotlar

Tek tek zener diyotlarının değerleri uygulamaya uyacak şekilde seçilebilirken, silisyum diyot ileri polarlama durumunda her zaman yaklaşık 0,6 – 0,7V düşer. Besleme gerilimi, Vin elbette en büyük çıkış referans geriliminden daha yüksek olmalıdır ve yukarıdaki örneğimizde bu 19v’dir.

Genel elektronik devreler için tipik bir zener diyotu mW, BZX55 serisi veya daha büyük W, BZX85 serisidir, örneğin zener voltajı V diyot için C7V5 olarak verilmiş ve diyot referans numarası BZX55C7V5 olarak verilmiştir.

mW serisi zener diyotlar, yaklaşık ila yaklaşık volt arasında mevcuttur ve tipik olarak, bu küçük ama çok kullanışlı diyotlar için ayrı voltaj dereceleri ile %5 (E24) direnç serisi için kullanılanla aynı değer dizisine sahiptir.

Şimdiye kadar, sabit bir DC kaynağını düzenlemek için bir zener diyotunun nasıl kullanılabileceğini inceledik, ancak ya giriş sinyali DC yerine AC dalga formu olduğunda neler yapacağımızı, “Diyot Kırpma Devreleri” yazımızda inceleyeceğiz.