Regüle Devreleri
Regüle devre ayarlı devre demektir. Bu deyim, bir doğrultucu için kullanılırsa: “Çıkış gerilimi veya akımını belirli bir değerde sabit tutan devre” anlamına gelir. Aynı zamanda “Regülasyon devresi” veya “Regülatör” deyimleri de kullanılır.
Regüle devreler olarak şunlar incelenecektir:
Doğrultucu çıkışındaki +20V, C kondansatörünün etkisi nedeniyle AC gerilimin tepe değeridir. Kullanılan transistör NPN silikon transistör dür.
Zener diyodun seçimi:
11,4V ‘luk çıkış için: VZ = 12V ‘luk zener seçilir.
Bunun nedeni; şekilden takip edilirse, B beyz noktasının toprağa göre gerilimi, hem zener üzerinden, hem de transistör ve RL yük direnci üzerinden bir birine eşittir.
Bu eşitlik şöyle yazılır: VB=VZ=VBE+VRL
Silikon transistör de VBE = 0,6V olduğuna göre; değerler yerine konulursa;
Vz = 0,6 +11,4 = 12V olur.
Böylece giriş gerilimi yükselse de transistörün beyz gerilimi 12V ‘ta sabit kalacak ve buna bağlı olarak, IB beyz ve IE emiter akımları sabit kalacaktır. Dolayısıyla da yük akımı sabit kalacaktır.
RB direncinin seçimi:
Zener diyodun ters yönde iletime geçtiği anda, akıtabileceği akım değeri kataloglarında belirtilmiştir. Bu akıma göre RB direncinin değeri belirlenir.
Örneğin: 12V, 1W ‘lık 1N4742A zener diyodunun, ters iletimdeki akımı 21mA ‘dir. Zener ters iletime geçtiğinde bu akım RB üzerinden devre tamamlanır.
Yukarıdaki şekle göre, doğrultucu çıkışındaki 20V ile, zener gerilimi 12V arasında 8V ‘luk fark vardır.
Bu durumda RB şöyle olmalıdır: RB = VRB / IRB = 8/21*10-3 = 380 Ω
Regülasyon İşlemi:
Transistör kollektörün de 20V bulunduğu sürece, transistör, R direnci üzerinden aldığı 21mA ‘lik beyz akımı ile, “akım kumandalı” olarak çalışır.
Giriş geriliminin herhangi bir nedenle 20V ‘un üzerine çıkması halinde, B noktasındaki gerilim 12V ‘u geçeceğinden zener diyot ters yönde iletime geçer. Bu durumda RB ‘den geçen akım artar. Dolayısıyla da RB ‘deki gerilim düşümü artar. Bu artış giriş gerilimindeki yükseliş kadar olacağından, transistörün Beyz Gerilimi 12V ‘ta sabit kalır.
Böylece transistör normal çalışmasına devam eder. Dolayısıyla da yük akımı ve yük gerilimi de sabit kalır. Ayrıca RS direnci de aşırı gerilim dalgalanmalarını önler.
NOT: Yukarıdaki şekildeki transistörün çalışma şekli bir özellik göstermektedir. Şekle dikkat edilirse, transistör NPN olduğu halde emiter de +11,4V vardır.
Beyz gerilimi +12V, emiter gerilimi ise +11,4V olduğu için beyz gerilimi emiter gerilimine göre daha pozitif olmaktadır. Dolayısıyla da beyz-emiter diyodu iletimi sağlayacak şekilde doğru polarılmış bulunmaktadır. Böylece transistör normal çalışır.
Negatif Seri Regülatör
Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi PNP transistör kullanılır ve zener de ters bağlanırsa yukarıdaki şekle göre ters yönde çalışan bir regülatör oluşur. Yani devre akımları ters yönde akmaktadır. Dolayısıyla çıkışta “+” ve “-” uçlar yer değiştirmiştir.
Ancak çıkışta sabit gerilim elde etmek bakımından akım yönünün bir önemi yoktur. Burada önemli olan transistörün beyz geriliminin sabit tutulmasıdır. Aşağıdaki şekilde beyz “-12V ‘ta” sabit tutulmaktadır. Çıkışın “+” tarafı ortak uçtur. Yani toprak ucudur. Böylece, (-) gerilim çıkışlı bir regülatör, diğer bir deyimle Negatif Gerilim Regülatörü elde edilmiştir. Çalışma şekli pozitif regülatör ile aynı prensibe dayanır.
Şönt (Paralel) Regülatör
Paralel regülatörde “pozitif” ve “negatif” olarak ayrılabilirler. Burada “pozitif paralel regülatör devresi” ile ilgili örnekler verilecektir.
Paralel regüle devreleri 1-20mV tölerans ile yük gerilimini sabit tutabilmektedir. Aşağıdaki şekilde iki paralel regüle devresi verilmiştir.
Şekil (a) ‘da verilen devrede: Herhangi bir nedenle giriş gerilimi düşerse devreden akan akım azalacaktır. Dolayısıyla da RL yük direncinden akan akım da azalır. Bunun sonucunda da RL uçları arasındaki VL gerilim, küçüktür. Regüle devre bu düşüşü önleyerek, çıkış gerilimini sabit tutar.
Paralele regüle devreleri
a) Tek transistörlü regülatör
b) Hata işareti yükselteçli regülatör
Devre akımı azaldığında, transistörün RB ve RS dirençleri üzerinde gerilim düşümü küçüleceğinden, Rs gerilimine eşit olan VBE giriş gerilimi küçülür. Bu durumda IB beyz akımı düşer. Dolayısıyla IC kollektör akımı da düşer. Kollektör akımının azalması sonucu, besleme devresinden gelen akımın RL yükü üzerinden akan miktarı aynı oranda artacağından, yük akımı sabit kalır. Dolayısıyla da yük gerilimi sabit kalacaktır. Besleme gerilimi artarsa, yukarıdakinin tersi işlem ile yük akımı, dolayısıyla da yük gerilimi yine sabit kalacaktır.
Ayrıca devre akımının artması veya azalması halinde, R direncindeki gerilim düşümü de artacak veya azalacağından, çıkış geriliminin fazla değişmesinin önlenmesinde R direncindeki gerilim düşümü de etken olmaktadır.
Şekil (b) ‘de daha hassas çalışan bir regülatör devresi verilmiştir. Bu devrede de, besleme gerilimi düştüğünde Q1 ‘in beyz gerilimi düşecek ve dolayısıyla da IC1 kollektör akımı azalacaktır. Bunun sonucu Q’ ‘nin beyz ve kollektör akımları azalacaktır. Aynı oranda yük akımı artacağından yük gerilimindeki düşme önlenecek, yani sabit tutulacaktır.
Giriş gerilimi yükselirse, yukarıdakinin tersi işlem ile Q2 kollektör akımı artacak ve aynı oranda RL akımı azalacağından RL ‘deki gerilim yükselişi önlenecek yani sabit tutulacaktır. Çıkış geriliminin sabit kalmasında, yine R direncide etken olmaktadır. Q1 transistörünün kollektörü ile beyzi arasındaki zener diyot, kollektör-beyz arası gerilimin sabit kalmasını sağlamaktadır.
Entegre Gerilim Regülatörleri
Entegre regülatörlerinin en önemli özellikleri küçük hacimli olmaları ve değişik giriş gerilimlerinde değişik çıkış gerilimi verebilmeleridir.
Entegre gerilim regülatörlerini şu üç gruba ayırmak mümkündür:
1.Pozitif Regülatörler
2.Negatif Regülatörler
3.Ayarlanabilir Regülatörler
Pozitif Entegre Regülatörü
Pozitif gerilim regülatörlerinde Şekil 5.19 ‘da görüldüğü gibi giriş ve çıkış gerilimleri toprağa göre pozitiftir. En çok kullanılan LM340 ve 78XX regülatörleri bu gruba girer. Aşağıdaki şekilde LM340 regülatörünün ayak bağlantıları verilmiştir.
LM340 Entegre regülatörü
1 nolu ayağı, Giriş
2 nolu ayağı, Toprak
3 nolu ayağı, Çıkış
Giriş gerilimi: 3-20Volt
Çıkış gerilimi: 5-12-15Volt (±)%4 olan tipleri vardır.
Maksimum çıkış akımı: 1.5Amper ‘dir.
Aşağıdaki şekilde LM340 ‘lı bir regülatör devresi verilmiştir.
Çıkış akımı: IL = Vreq / RL ile hesaplanır. Giriş ve çıkış kondansatörleri filtre görevi yapıp dalgalanmayı önlemektedir.
78XX Regülatörü
78 serisi regülatörleri aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi bir seri halindedir. Değişik giriş ve çıkış gerilim ve akımlarında çalışmaktadırlar. 78 ‘den sonra gelen iki rakam, regüleli çıkış gerilimini göstermektedir.
Aşağıdaki şekilde 78xx regülatörünün ayak bağlantıları verilmiştir.
78xx Regülatörünün ayak bağlantıları şöyledir:
1 Nolu ayağı : Giriş
2 Nolu ayağı : Çıkış
3 Nolu ayağı : Toprak
78xx regülatörü ile de, yukarıda verilen LM340’lı devreye benzer bir devreyi oluşturmak mümkündür.
Akım Takviyeli Pozitif Regülatör
Aşağıdaki şekilde, 7805 regülatörlü bir devrenin çıkış akımını yükseltmek için uygulana transistör devresi gösterilmiştir. Transistör çalıştığı zaman IL yük akımını arttırmaktadır. R direnci hem transistörün emiter-beyz polarmasını, hem de entegre giriş bağlantısını sağlamaktadır. Transistörün çalışması için VBE = 0,6Volt olmalıdır. Bu gerilim, R direnci üzerindeki, VR gerilim düşümü ile oluşmaktadır. Yani, VR=VBE ‘dir.
Transistörün çalışması için R direncinden geçmesi gereken IR akımının hesaplanması:
R direnci 4,7 Ω gibi küçük değerlerde seçilir.
IR=VR/R =0,6/4,7 = 0,217A olarak bulunur.
IR = 0,127A ‘e ulaştığında transistör çalışır ve yük akımını takviye eder. Güçlü bir transistör seçildiği takdirde bu takviye 10A ‘e kadar çıkar.
Transistörün takviye akımı tamamen regülatör giriş akımına bağlı olup, bu akım sabit kaldığı müddetçe, transistörün giriş ve çıkış akımları da sabit kalacak ve belirli bir oranda IL yük akımını takviye edecektir. Dolayısıyla yük gerilimi de belli değerlerde sabit kalacaktır.
Akım takviyeli pozitif gerilim regülatörü
Negatif Entegre Regülatörü
Negatif gerilim regülatörlerinde, giriş ve çıkış gerilimleri toprağa göre negatiftir. Kaynağın ve yükün pozitif gerilim tarafları topraklanmıştır. Çalışma prensibi bakımından pozitif gerilim regülatörlerinden farkı yoktur.
79XX serisi bu tür regülatörlere bir örnektir.
79XX serisi entegrenin 78XX serisinden en önemli farkı, 1 nolu ucun toprak olmasıdır.
Aşağıda 79XX regülatörünün ayak bağlantıları, alttaki şekilde de devreye bağlanışı gösterilmiştir.
79XX Entegre regülatörü
1. Nolu ayağı : Toprak
2 Nolu ayağı : Giriş
3 Nolu ayağı : Çıkış
Ayarlanabilir Entegre Regülatörü
LM340 regülatörü ile aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi çıkış gerilimi ayarlı bir devre kurmakta mümkündür.
Çıkış gerilimi ayarlı regülatör
Yukarıdaki devrenin çalışmasıyla ilgili olarak örnek bir hesaplama:
LM340 regülatörü 5V çıkışlı bir regülatör olsun. Bu durumda çıkış ucu(3) ile ortak uç(2) arasında 5V ‘luk bir sabit gerilim olacaktır. Diğer taraftan RL1 ve RL2 yük dirençleri üzerinden IL gibi bir yük akımı akacaktır.
IL akımının çıkış uçları arasında oluşturacağı gerilim şöyle hesaplanır:
Regülatörün çıkışında: VREG=5V bulunmaktadır.
RL1 direnci çıkış ucu ile ortak uç arasına paralel bağlı olduğundan bunun üzerinde de 5V ‘luk gerilim düşümü oluşmaktadır. O halde RL1 ‘den geçecek olan IL akımı 5 volt ile sınırlı olacaktır.
Bu durumda: IL =5/RL1 olmaktadır. Devrenin tamamlanması için ayrıca IL akımı RL2 direnci üzerinden de akacaktır.
RL2 üzerinden bir de, ortak uçtan gelen ve sükunet akımı denen 6-8 mA arasında küçük değerli bir Io akımı da akar. Ancak bu akım, IL yanında çok küçük kaldığından genellikle hesaplamalarda dikkate alınmaz.
Bununla beraber, hassas bir çalışma yapılması isteniyorsa, dikkate almak gerekir.
Io akımı da dikkate alınarak bir hesaplama yapılırsa:
Çıkış gerilimi:
VÇ = 5+RL2 (IL+I0) dir.
RL1 = RL2 = 200 Ω olsun I0 = 7 mA alalım.
VÇ = 5+200((5/200)+0,007) = 5+5+1,4 ‘ten
VÇ = 11,4Volt olarak bulunur.
I0 akımı, giriş akımındaki dalgalanmalardan, sıcaklıktan ve yük oluşumundan etkilenir ve bir miktar değişir. 1mA değişsin.
I0=8mA olsun..
Bu durumda çıkış gerilimi: VÇ = 5+5+1,6 = 11,6Volt olur.
Görüldüğü gibi, çıkış gerilimi 0,2V (200mV) büyümüştür.
Çoğu halde çıkış geriliminin 20mV ‘tan daha fazla değişmesi istenmez böyle bir durumda 200mV ‘luk değişiklik büyük bir değişiklik sayılır. Bu değişikliği mümkün olduğunca küçültmek için RL2 değişken direnci 100Ω ‘un altında seçilir. RL2 direnci değiştirildikçe, VÇ çıkış geriliminin nasıl değişeceği yukarıda yapılana benzer bir hesaplamayla bulunabilecektir.
En basit haliyle regüle devreleri anlatılmıştır ve alıntıdır…
Faydalı olması dileklerimle…
