Entegre Gerilim regülatörleri

Güncelleme 15/06/2020

Entegre regülatörlerinin en önemli özellikleri küçük hacimli olmaları ve değişik giriş gerilimlerinde değişik çıkış gerilimi verebilmeleridir.

İşlemsel kuvvetlendiricilerden sonra en çok kullanılan analog tümleşik devreler gerilim regülatörleridir. Bu entegrelerin içinde referans kaynağı, hata yükselteci, kontrol elemanı ve aşırı yük koruma devreleri bulunmaktadır. Bunların en çok kullanılanları arasında 7805, 7812, 7905, 7912, LM317, LM337 sayılabilir. Aşağıda bunlarla ilgili devreler görülmektedir.

Birçok uygulama için en basit gerilim regülatörü 3-bacaklı olanlarıdır. Sadece 3 bağlantısının (giriş, çıkış ve toprak) olması ve üretim esnasında çıkış voltajının sabitlenmesi çok kullanışlı olmasını sağlamaktadır. Tipik olarak 78xx ile gösterilir. Çıkış voltajı son iki karakter ile belirtilir.

Örneğin, 05, 06, 08, 10, 12, 15, 18, veya 24. Şekil A da +5 voltluk bir regülatörün nasıl yapıldığı gösterilmektedir. 78xx serisi plastik yada metal kılıfta bulunabilir. 79xx serisi negatif regülatör olarak bilinir ve 78xx serisi gibi çalışır (negatif giriş gerilimiyle).

Şekil A. 3-uçlu regülatör devresi

Şekil B de ise 3-bacaklı ayarlı gerilim regülatörü ile yapılmış bir devre görülmektedir. Bunun avantajı ise çıkışın istenilen voltaj değerine ayarlanabilmesidir. En çok bilineni LM317 entegresidir. Bu regülatörde toprak bağlantısı yoktur, bunun yerine çıkış ucu ile ayar (ADJ) ucu arasında 1.25 volt sabit kalacak şekilde çıkışı ayarlar. Çıkış voltajı; Vout = 1.25 (1+R2 / R1) formülü ile bulunur.

Şekildeki devrede çıkış voltajı 1.25 volt ile 25 volt arasında ayarlanabilir.

Şekil B. 3-uçlu ayarlanabilir regülatör devresi

Entegre gerilim regülatörlerini şu üç gruba ayırmak mümkündür:

1. Pozitif Regülatörler
2. Negatif Regülatörler
3. Ayarlanabilir Regülatörler

Pozitif Entegre Regülatörü

En çok kullanılan LM340 ve 78XX regülatörleri bu gruba girer.
Şekil 1 ‘de LM340 regülatörünün ayak bağlantıları verilmiştir.

Şekil 1 – 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.Şekil 2 ‘de, LM340 ‘lı bir regülatör devresi verilmiştir.
Pozitif gerilim regülatörlerinde Şekil 2 ‘de görüldüğü gibi giriş ve çıkış gerilimleri toprağa göre pozitifdir.

Şekil 2 – LM340 ‘lı regülasyon devresi.

Çıkış akımı: I_L = V_req / R_L ile hesaplanır. Giriş ve çıkış kondansatörleri filtre görevi yapıp dalgalanmayı önlemektedir.

78XX Regülatörü

78 serisi regülatörleri Tablo 1 ‘de gösterildiği gibi bir seri halindedir. Değişik giriş ve çıkış gerilim ve akımlarında çalışmaktadırlar.

78 ‘den sonra gelen iki rakam, regüleli çıkış gerilimini göstermektedir.

Tablo 1: Değişik 78XX regülatörleri

Entegre 78XX	7805	7805A	7806	7806A	7808	7808A
Giriş gerilimi (V)	10	10	11	11	14	14
Çıkış gerilimi (V)	5	5	6	6	8	8
Çıkış akımı (A)	0,5	1	0,5	1	0,5	1

 

Entegre 78XX	7812	7812A	7815	7815A	7818	7824
Giriş gerilimi (V)	19	19	23	23	27	33
Çıkış gerilimi (V)	12	12	15	15	18	24
Çıkış akımı (A)	0,5	1	0,5	1	1	1

Akım Takviyeli Pozitif Regülatör

Şekil 3 ‘de 78xx regülatörünün ayak bağlantıları verilmiştir.

78xx Regülatörünün ayak bağlantıları şöyledir:

1. Nolu ayağı : Giriş
2. Nolu ayağı : Toprak
3. Nolu ayağı : Çıkış

78xx regülatörü ile de, Şekil 4 ‘da verilen LM340 ‘lı devreye benzer bir devreyi oluşturmak mümkündür.

Şekil 4 ‘de, 7805 regülatörlü bir devrenin çıkış akımını yükseltmek için uygulana transistör devresi gösterilmiştir.
Transistör çalıştığı zaman I_L yük akımını arttırmaktadır.
R direnci hem transistörün emiter-beyz polarmasını, hem de entegre giriş bağlantısını sağlamaktadır.
Transistörün çalışması için V_BE = 0,6Volt olmalıdır. Bu gerilim, R direnci üzerindeki, V_R gerilim düşümü ile oluşmaktadır. Yani, V_R=V_BE ‘dir.

Transistörün çalışması için R direncinden geçmesi gereken I_R akımının hesaplanması:

R direnci 4,7 Ω gibi küçük değerlerde seçilir.
I_R=V_R/R =0,6/4,7 = 0,217A olarak bulunur.

I_R = 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 I_L yük akımını takviye edecektir. Dolayısıyla yük gerilimi de belli değerlerde sabit kalacaktır.

Şekil 4 – 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.
Şekil 5 ‘de 79XX regülatörünün ayak bağlantıları, Şekil 6 ‘da da devreye bağlanışı gösterilmiştir.

Ayarlanabilir Entegre Regülatörü

Şekil 5 – 79XX Entegre regülatörü
1. Nolu ayağı : Toprak
2. Nolu ayağı : Giriş
3. Nolu ayağı : Çıkış

Şekil 6 – 79XX Regülatörünün Devre Bağlantısı

Ayarlanabilir Entegre Regülatör

LM340 regülatörü ile Şekil 7 ‘de görüldüğü gibi çıkış gerilimi ayarlı bir devre kurmakta mümkündür.

Şekil 7 – Çıkış gerilimi ayarlı regülatör
Şekil 7 deki 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 R_L1 ve R_L2 yük dirençleri üzerinden I_L gibi bir yük akımı akacaktır.

I_L akımının çıkış uçları arasında oluşturacağı gerilim şöyle hesaplanır:

Regülatörün çıkışında: V_REG=5V bulunmaktadır.

R_L1 direnci çıkış ucu ile ortak uç arasına paralel bağlı olduğundan bunun üzerinde de 5V ‘luk gerilim düşümü oluşmaktadır. O halde R_L1 ‘den geçecek olan I_L akımı 5 volt ile sınırlı olacaktır.

Bu durmda: I_L =5/R_L1 olmaktadır.
Devrenin tamamlanması için ayrıca I_L akımı R_L2 direnci üzerinden de akacaktır.

R_L2 üzerinden bir de, ortak uçtan gelen ve sükunet akımı denen 6-8 mA arasında küçük değerli bir I_o akımı da akar. Ancak bu akım, I_L yanında çok küçük kaldığından genellikle hesaplamalarda dikkate alınmaz.
Bununla beraber, hassas bir çalışma yapılması isteniyorsa, dikkate almak gerekir.

I_o akımı da dikkate alınarak bir hesaplama yapılırsa:
Çıkış gerilimi:

V_Ç = 5+R_L2 (I_L+I₀) dir.
R_L1 = R_L2 = 200 Ω olsun I₀ = 7 mA alalım.
V_Ç = 5+200((5/200)+0,007) = 5+5+1,4 ‘ten
V_Ç = 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: V_Ç = 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 R_L2 değişken direnci 100Ω ‘un altında seçilir.

R_L2 direnci değiştirildikçe, V_Ç çıkış geriliminin nasıl değişeceği yukarıda yapılana benzer bir hesaplamayla bulunabilecektir.