લીનિયર વોલ્ટેજ સ્ટેબિલાઇઝર્સ — હેતુ, મૂળભૂત પરિમાણો અને સ્વિચિંગ સર્કિટ

કદાચ આજે, કોઈ ઇલેક્ટ્રોનિક બોર્ડ સતત સતત વોલ્ટેજના ઓછામાં ઓછા એક સ્ત્રોત વિના કરી શકતું નથી. અને ઘણી વાર માઇક્રોસિર્કિટના રૂપમાં રેખીય વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર આવા સ્ત્રોત તરીકે સેવા આપે છે. ટ્રાન્સફોર્મર સાથેના રેક્ટિફાયરથી વિપરીત, જ્યાં એક અથવા બીજી રીતે વોલ્ટેજ લોડ વર્તમાન પર આધાર રાખે છે અને વિવિધ કારણોસર થોડો બદલાઈ શકે છે, એક સંકલિત માઇક્રોકિરકીટ - સ્ટેબિલાઇઝર (રેગ્યુલેટર) ચોક્કસ રીતે વ્યાખ્યાયિત શ્રેણીમાં સતત વોલ્ટેજ પ્રદાન કરવામાં સક્ષમ છે. લોડ કરંટ.

આ માઇક્રોસર્કિટ્સ ફિલ્ડ-ઇફેક્ટ અથવા બાયપોલર ટ્રાન્ઝિસ્ટરના આધારે બનાવવામાં આવે છે, જે સતત સક્રિય મોડમાં કાર્ય કરે છે. રેગ્યુલેટીંગ ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઉપરાંત, રેખીય સ્ટેબિલાઇઝરના માઇક્રોસિર્કિટના ક્રિસ્ટલ પર નિયંત્રણ સર્કિટ પણ સ્થાપિત થયેલ છે.

ઐતિહાસિક રીતે, માઇક્રોસિર્કિટના રૂપમાં આવા સ્ટેબિલાઇઝર્સનું ઉત્પાદન શક્ય બને તે પહેલાં, પરિમાણોની તાપમાન સ્થિરતાની સમસ્યાને હલ કરવાનો પ્રશ્ન હતો, કારણ કે ઓપરેશન દરમિયાન ગરમી સાથે, માઇક્રોસિર્કિટ નોડ્સના પરિમાણો બદલાશે.

ઉકેલ 1967 માં આવ્યો, જ્યારે અમેરિકન ઇલેક્ટ્રોનિક્સ એન્જિનિયર રોબર્ટ વિડલરે એક સ્ટેબિલાઇઝર સર્કિટનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો જેમાં નિયમનકારી ટ્રાન્ઝિસ્ટર અનિયંત્રિત ઇનપુટ વોલ્ટેજ સ્ત્રોત અને લોડ વચ્ચે જોડાયેલ હશે, અને તાપમાન વળતરવાળા સંદર્ભ વોલ્ટેજ સાથે એક એરર એમ્પ્લીફાયર હાજર હશે. નિયંત્રણ સર્કિટ. પરિણામે, બજારમાં રેખીય સંકલિત સ્ટેબિલાઇઝર્સની લોકપ્રિયતા ઝડપથી વધી.

નીચેનો ફોટો તપાસો. અહીં લીનિયર વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર (જેમ કે LM310 અથવા 142ENxx)નું એક સરળ રેખાકૃતિ દર્શાવેલ છે. આ સ્કીમમાં, નોન-ઇનવર્ટિંગ નેગેટિવ-વોલ્ટેજ ફીડબેક ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર, તેના આઉટપુટ વર્તમાનનો ઉપયોગ કરીને, સામાન્ય કલેક્ટર - એમિટર ફોલોઅર સાથે સર્કિટમાં જોડાયેલા, નિયમનકારી ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT1 ના અનલોકિંગની ડિગ્રીને નિયંત્રિત કરે છે.

ઓપ-એમ્પ પોતે એક ધ્રુવીય હકારાત્મક વોલ્ટેજના સ્વરૂપમાં ઇનપુટ સ્ત્રોત દ્વારા સંચાલિત થાય છે. અને તેમ છતાં નકારાત્મક વોલ્ટેજ અહીં સપ્લાય માટે યોગ્ય નથી, ઓપ-એમ્પનું સપ્લાય વોલ્ટેજ સમસ્યા વિના, ઓવરલોડ અથવા નુકસાનના ભય વિના બમણું કરી શકાય છે.

નિષ્કર્ષ એ છે કે ઊંડા નકારાત્મક પ્રતિસાદ ઇનપુટ વોલ્ટેજની અસ્થિરતાને તટસ્થ કરે છે, જેનું મૂલ્ય આ સર્કિટમાં 30 વોલ્ટ સુધી પહોંચી શકે છે. તેથી, ફિક્સ્ડ આઉટપુટ વોલ્ટેજ 1.2 થી 27 વોલ્ટ સુધીની હોય છે, જે ચિપ મોડેલ પર આધાર રાખે છે.

સ્ટેબિલાઇઝર માઇક્રોસિર્કિટ પરંપરાગત રીતે ત્રણ પિન ધરાવે છે: ઇનપુટ, સામાન્ય અને આઉટપુટ.આકૃતિ રેફરન્સ વોલ્ટેજ મેળવવા માટે માઇક્રોકિરકીટના ભાગ રૂપે ડિફરન્સિયલ એમ્પ્લીફાયરનું લાક્ષણિક સર્કિટ દર્શાવે છે ઝેનર ડાયોડ લાગુ.

લો-વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટરમાં, વોલ્ટેજ રેફરન્સ ગેપ પર મેળવવામાં આવે છે, કારણ કે વિડલરે તેના પ્રથમ રેખીય સંકલિત નિયમનકાર, LM109માં સૌપ્રથમ પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો. રેઝિસ્ટર આર 1 અને આર 2 ના નકારાત્મક પ્રતિસાદ સર્કિટમાં વિભાજક સ્થાપિત થયેલ છે, જેની ક્રિયા દ્વારા આઉટપુટ વોલ્ટેજ સૂત્ર Uout = Uvd (1 + R2 / R1) અનુસાર સંદર્ભ વોલ્ટેજના પ્રમાણસર હોવાનું બહાર આવે છે.

સ્ટેબિલાઇઝરમાં બનેલ રેઝિસ્ટર R3 અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT2 આઉટપુટ કરંટને મર્યાદિત કરવા માટે સેવા આપે છે, તેથી જો વર્તમાન લિમિટિંગ રેઝિસ્ટર પરનો વોલ્ટેજ 0.6 વોલ્ટ કરતાં વધી જાય, તો ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT2 તરત જ ખુલશે, જેના કારણે મુખ્ય નિયંત્રણ ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT1 ના બેઝ કરંટનું કારણ બનશે. મર્યાદિત તે તારણ આપે છે કે સ્ટેબિલાઇઝરના ઓપરેશનના સામાન્ય મોડમાં આઉટપુટ વર્તમાન 0.6 / R3 સુધી મર્યાદિત છે. નિયમનકારી ટ્રાન્ઝિસ્ટર દ્વારા વિખરાયેલી શક્તિ ઇનપુટ વોલ્ટેજ પર આધારિત હશે અને તે 0.6 (Uin — Uout) / R3 ની બરાબર હશે.

જો કોઈ કારણોસર સંકલિત સ્ટેબિલાઈઝરના આઉટપુટ પર શોર્ટ સર્કિટ થાય છે, તો ક્રિસ્ટલ પર વિખરાયેલી શક્તિને પહેલાની જેમ છોડવી જોઈએ નહીં, વોલ્ટેજ તફાવતના પ્રમાણસર અને રેઝિસ્ટર R3 ના પ્રતિકારના વિપરિત પ્રમાણસર. તેથી, સર્કિટમાં રક્ષણાત્મક તત્વો હોય છે - ઝેનર ડાયોડ VD2 અને રેઝિસ્ટર R5, જેનું સંચાલન વોલ્ટેજ Uin -Uout માં તફાવતના આધારે વર્તમાન સંરક્ષણનું સ્તર સેટ કરે છે.

ઉપરોક્ત ગ્રાફમાં, તમે જોઈ શકો છો કે મહત્તમ આઉટપુટ વર્તમાન આઉટપુટ વોલ્ટેજ પર આધાર રાખે છે, આમ રેખીય સ્ટેબિલાઇઝરનું માઇક્રોસિર્કિટ ઓવરલોડથી વિશ્વસનીય રીતે સુરક્ષિત છે.જ્યારે વોલ્ટેજ તફાવત Uin-Uout ઝેનર ડાયોડ VD2 ના સ્થિરીકરણ વોલ્ટેજ કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે રેઝિસ્ટર R4 અને R5 ના વિભાજક તેને બંધ કરવા માટે ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT2 ના પાયામાં પૂરતો પ્રવાહ બનાવશે, જે બદલામાં આધાર વર્તમાન મર્યાદાનું કારણ બનશે. રેગ્યુલેટીંગ ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT1 વધારવા માટે.

ADP3303 જેવા રેખીય નિયમનકારોના નવીનતમ મોડેલો થર્મલ ઓવરલોડ પ્રોટેક્શનથી સજ્જ છે જ્યારે ક્રિસ્ટલને 165 ° સે સુધી ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે આઉટપુટ વર્તમાન તીવ્રપણે ઘટી જાય છે. ઉપરોક્ત રેખાકૃતિમાં કેપેસિટર આવર્તનને બરાબર કરવા માટે જરૂરી છે.

માર્ગ દ્વારા, કેપેસિટર્સ વિશે. માઇક્રોસિર્કિટના આંતરિક સર્કિટના ખોટા સક્રિયકરણને ટાળવા માટે સંકલિત સ્ટેબિલાઇઝર્સના ઇનપુટ અને આઉટપુટ સાથે 100 એનએફની ન્યૂનતમ ક્ષમતાવાળા કેપેસિટર્સને કનેક્ટ કરવાનો રિવાજ છે. દરમિયાન, REG103 જેવા કહેવાતા કેપલેસ સ્ટેબિલાઇઝર્સ છે, જેના માટે ઇનપુટ અને આઉટપુટ પર સ્ટેબિલાઇઝિંગ કેપેસિટર ઇન્સ્ટોલ કરવાની જરૂર નથી.

નિશ્ચિત આઉટપુટ વોલ્ટેજ સાથે રેખીય સ્ટેબિલાઇઝર્સ ઉપરાંત, સ્થિરીકરણ માટે એડજસ્ટેબલ આઉટપુટ વોલ્ટેજ સાથે સ્ટેબિલાઇઝર્સ પણ છે. તેમાં, R1 અને R2 રેઝિસ્ટરનો વિભાજક ખૂટે છે, અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT4 નો આધાર બાહ્ય વિભાજકને કનેક્ટ કરવા માટે ચિપના એક અલગ પગ પર લાવવામાં આવે છે, જેમ કે 142EN4 ચિપમાં.

વધુ આધુનિક સ્ટેબિલાઇઝર્સ, જેમાં કંટ્રોલ સર્કિટનો વર્તમાન વપરાશ ઘટાડીને કેટલાક માઇક્રોએમ્પ્સ, જેમ કે LM317, માત્ર ત્રણ પિન ધરાવે છે.વાજબી રીતે કહીએ તો, અમે નોંધીએ છીએ કે આજે TPS70151 જેવા ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા વોલ્ટેજ નિયમનકારો પણ છે, જે, ઘણી વધારાની પિનની હાજરીને કારણે, કનેક્ટિંગ વાયર, લોડ ડિસ્ચાર્જ નિયંત્રણ વગેરે પર વોલ્ટેજ ડ્રોપ સુરક્ષા લાગુ કરવાનું શક્ય બનાવે છે. .

ઉપર આપણે સામાન્ય વાયરની તુલનામાં હકારાત્મક વોલ્ટેજ સ્ટેબિલાઇઝર્સ વિશે વાત કરી. સમાન યોજનાઓનો ઉપયોગ નકારાત્મક વોલ્ટેજને સ્થિર કરવા માટે પણ થાય છે, તે ફક્ત સામાન્ય બિંદુથી ઇનપુટના આઉટપુટ વોલ્ટેજને ગેલ્વેનિકલી અલગ કરવા માટે પૂરતું છે. આઉટપુટ પિન પછી સામાન્ય આઉટપુટ પોઈન્ટ સાથે જોડાયેલ છે, અને નકારાત્મક આઉટપુટ પોઈન્ટ સ્ટેબિલાઈઝર ચિપના સામાન્ય પોઈન્ટ સાથે જોડાયેલ ઈનપુટ માઈનસ પોઈન્ટ હશે. 1168ENxx જેવા નેગેટિવ પોલેરિટી વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર ખૂબ જ અનુકૂળ છે.

જો એક જ સમયે બે વોલ્ટેજ મેળવવા માટે જરૂરી હોય (સકારાત્મક અને નકારાત્મક ધ્રુવીયતા), તો આ હેતુ માટે ત્યાં વિશિષ્ટ સ્ટેબિલાઇઝર્સ છે જે એક જ સમયે સપ્રમાણ રીતે સ્થિર હકારાત્મક અને નકારાત્મક વોલ્ટેજ આપે છે, તે માત્ર હકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇનપુટ વોલ્ટેજ લાગુ કરવા માટે પૂરતું છે. ઇનપુટ્સ માટે. આવા બાયપોલર સ્ટેબિલાઇઝરનું ઉદાહરણ KR142EN6 છે.

ઉપરની આકૃતિ એ તેનો સરળ આકૃતિ છે. અહીં, વિભેદક એમ્પ્લીફાયર # 2 ટ્રાંઝિસ્ટર VT2 ને ચલાવે છે, તેથી સમાનતા -UoutR1 / (R1 + R3) = -Uop અવલોકન કરવામાં આવે છે. અને એમ્પ્લીફાયર #1 ટ્રાંઝિસ્ટર VT1 ને નિયંત્રિત કરે છે જેથી રેઝિસ્ટર R2 અને R4 ના જંકશન પર સંભવિત શૂન્ય રહે. જો તે જ સમયે રેઝિસ્ટર R2 અને R4 સમાન હોય, તો પછી આઉટપુટ વોલ્ટેજ (પોઝિટિવ અને ઋણ) સપ્રમાણ રહેશે.

બે (હકારાત્મક અને નકારાત્મક) આઉટપુટ વોલ્ટેજ વચ્ચેના સંતુલનના સ્વતંત્ર ગોઠવણ માટે, તમે વધારાના ટ્રિમિંગ રેઝિસ્ટર્સને માઇક્રોકિરકીટના વિશિષ્ટ પિન સાથે કનેક્ટ કરી શકો છો.

ઉપરોક્ત રેખીય નિયમનકારી સર્કિટની સૌથી નાની વોલ્ટેજ ડ્રોપ લાક્ષણિકતા 3 વોલ્ટ છે. આ બૅટરી અથવા બૅટરી સંચાલિત ઉપકરણો માટે ઘણું બધું છે અને સામાન્ય રીતે વોલ્ટેજ ડ્રોપને ઓછું કરવું ઇચ્છનીય છે. આ હેતુ માટે, આઉટપુટ ટ્રાન્ઝિસ્ટરને pnp પ્રકારનું બનાવવામાં આવે છે જેથી વિભેદક તબક્કાનો કલેક્ટર વર્તમાન નિયમનકારી ટ્રાન્ઝિસ્ટર VT1 ના આધાર પ્રવાહ સાથે એકસાથે હોય. ન્યૂનતમ વોલ્ટેજ ડ્રોપ હવે 1 વોલ્ટના ઓર્ડર પર રહેશે.

નકારાત્મક વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર ન્યૂનતમ ડ્રોપ સાથે સમાન રીતે કાર્ય કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 1170ENxx શ્રેણીના નિયમનકારોમાં લગભગ 0.6 વોલ્ટનો વોલ્ટેજ ડ્રોપ હોય છે અને જ્યારે TO-92 કેસમાં 100 mA સુધીના લોડ કરંટ પર કરવામાં આવે ત્યારે તે વધારે ગરમ થતા નથી. સ્ટેબિલાઇઝર પોતે 1.2 એમએ કરતાં વધુ વપરાશ કરતું નથી.

આવા સ્ટેબિલાઈઝરને લો ડ્રોપ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. MAX8865 ચિપ જેવા MOSFET-આધારિત નિયમનકારો (1 mA ચિપ વર્તમાન વપરાશ પર લગભગ 55 mV) પર પણ નીચો વોલ્ટેજ ડ્રોપ પ્રાપ્ત થાય છે.

સ્ટેન્ડબાય મોડમાં ઉપકરણોના પાવર વપરાશને ઘટાડવા માટે કેટલાક સ્ટેબિલાઇઝર મૉડલ્સ શટડાઉન પિનથી સજ્જ હોય ​​છે — જ્યારે આ પિન પર લોજિક લેવલ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સ્ટેબિલાઇઝરનો વપરાશ લગભગ શૂન્ય (લાઇન LT176x) સુધી ઘટી જાય છે.

અભિન્ન રેખીય સ્ટેબિલાઇઝર્સ વિશે બોલતા, તેઓ તેમની લાક્ષણિકતાઓ, તેમજ ગતિશીલ અને સચોટ પરિમાણોને નોંધે છે.

ચોકસાઈના પરિમાણો સ્થિરીકરણ પરિબળ, આઉટપુટ વોલ્ટેજ સેટિંગ ચોકસાઈ, આઉટપુટ અવબાધ અને વોલ્ટેજ તાપમાન ગુણાંક છે. આમાંના દરેક પરિમાણો દસ્તાવેજીકરણમાં સૂચિબદ્ધ છે; તેઓ ઇનપુટ વોલ્ટેજ અને ક્રિસ્ટલના વર્તમાન તાપમાનના આધારે આઉટપુટ વોલ્ટેજની ચોકસાઈ સાથે સંબંધિત છે.

ગતિશીલ પરિમાણો જેમ કે લહેરિયાં દમન ગુણોત્તર અને આઉટપુટ અવબાધ લોડ વર્તમાન અને ઇનપુટ વોલ્ટેજની વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝ માટે સેટ કરેલ છે.

પ્રદર્શન લાક્ષણિકતાઓ જેમ કે ઇનપુટ વોલ્ટેજ શ્રેણી, રેટેડ આઉટપુટ વોલ્ટેજ, મહત્તમ લોડ વર્તમાન, મહત્તમ પાવર ડિસીપેશન, મહત્તમ ઇનપુટ અને આઉટપુટ વોલ્ટેજમાં મહત્તમ લોડ વર્તમાન, નો-લોડ વર્તમાન, ઓપરેટિંગ તાપમાન શ્રેણી, આ તમામ પરિમાણો એકની પસંદગી પર અસર કરે છે અથવા ચોક્કસ સર્કિટ માટે અન્ય સ્ટેબિલાઇઝર.

રેખીય વોલ્ટેજ નિયમનકારોની લાક્ષણિકતાઓ

રેખીય સ્ટેબિલાઇઝર્સનો સમાવેશ કરવા માટે અહીં લાક્ષણિક અને સૌથી લોકપ્રિય સર્કિટ છે:

જો નિશ્ચિત આઉટપુટ વોલ્ટેજ સાથે રેખીય સ્ટેબિલાઇઝરનું આઉટપુટ વોલ્ટેજ વધારવું જરૂરી હોય, તો સામાન્ય ટર્મિનલમાં શ્રેણીમાં ઝેનર ડાયોડ ઉમેરવામાં આવે છે:

અનુમતિપાત્ર આઉટપુટ વર્તમાનને મહત્તમ કરવા માટે, વધુ શક્તિશાળી ટ્રાન્ઝિસ્ટર સ્ટેબિલાઇઝર સાથે સમાંતર જોડાયેલ છે, જે માઇક્રોસિર્કિટની અંદરના નિયમનકારી ટ્રાન્ઝિસ્ટરને સંયુક્ત ટ્રાન્ઝિસ્ટરના ભાગમાં ફેરવે છે:

જો વર્તમાનને સ્થિર કરવું જરૂરી હોય, તો નીચેની યોજના અનુસાર વોલ્ટેજ સ્ટેબિલાઇઝર ચાલુ કરવામાં આવે છે.

આ કિસ્સામાં, રેઝિસ્ટરમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ સ્ટેબિલાઇઝેશન વોલ્ટેજ સમાન હશે, જે જો સ્ટેબિલાઇઝેશન વોલ્ટેજ વધારે હોય તો નોંધપાત્ર નુકસાન તરફ દોરી જશે.આ સંદર્ભમાં, સૌથી ઓછા શક્ય આઉટપુટ વોલ્ટેજ માટે સ્ટેબિલાઇઝર પસંદ કરવાનું વધુ યોગ્ય રહેશે, જેમ કે 1.2 વોલ્ટ માટે KR142EN12.