مدار رگولاتور خطی 5 ولت 2 آمپر با افت ولتاژ کم و ترانزیستور

در این پست از سایت اِمیک, یک مدار بسیار کاربردی به نام مدار رگولاتور خطی 5 ولت 2 آمپر با افت ولتاژ کم و ترانزیستور قرار داده شده است. همانطور که از نام مدار مشخص است این مدار یک رگولاتور خطی کاهنده ولتاژ است که در خروجی یک ولتاژ 5 ولت DC و با حداکثر جریان 2 آمپر فراهم می کند. در این مدار به جای استفاده از آی سی رگولاتور، از ترانزیستورهای کنترلی و قدرت برای تنظیم ولتاژ خروجی استفاده شده است.

یکی از ویژگی های مهم این مدار، افت ولتاژ کم بین ورودی و خروجی است که باعث می شود با اختلاف ولتاژ کمتری نسبت به رگولاتورهای معمولی، خروجی 5 ولت پایدار ایجاد شود. در ادامه در مورد این مدار بیشتر توضیح خواهم داد. شماتیک این مدار کاربردی به صورت زیر است.

مدار بالا از قطعات کاملا معمولی و ارزان قیمتی تشکیل شده است. این قطعات را به راحتی می توانید از فروشگاه های قطعات الکترونیکی تهیه کنید.

عملکرد مدار

این مدار یک رگولاتور خطی است که با دریافت ولتاژ DC ورودی در محدوده حدود 6 تا 12 ولت، یک خروجی 5 ولت DC ثابت و پایدار ایجاد می کند. جریان خروجی مدار می تواند تا حدود 2 آمپر باشد.

در این مدار، ولتاژ خروجی توسط بخش فیدبک بررسی شده و مدار کنترل، مقدار هدایت ترانزیستور قدرت (Q4) را تنظیم می کند تا خروجی مدار در مقدار مشخصی ثابت باقی بماند.

پتانسیومتر RV1 برای تنظیم دقیق ولتاژ خروجی و کالیبره کردن مدار استفاده می شود. از آنجا که به دلیل تلرانس قطعات ممکن است مقدار خروجی دقیقا 5 ولت نباشد و کمی بیشتر یا کمتر از مقدار مورد نظر باشد، با تغییر مقدار این پتانسیومتر می توان این اختلاف جزئی را اصلاح کرده و خروجی را دقیقا روی 5 ولت تنظیم کرد.

برای مثال ممکن است پس از ساخت مدار، ولتاژ خروجی به جای 5 ولت مقدار 5.1 ولت یا 4.9 ولت باشد. در این حالت با تنظیم پتانسیومتر RV1 می توان مقدار ولتاژ خروجی را تغییر داد و آن را روی 5 ولت دقیق تنظیم کرد.

جریان خروجی مدار که گفته شد تا 2 آمپر می تواند باشد، توسط ترانزیستور TIP42C تامین می شود. برای عملکرد صحیح مدار در جریان های بالا و آسیب نرسیدن به این ترانزیستور باید یک هیت سینک مناسب به آن متصل کنیم.

تحلیل مدار

در ورودی مدار از خازن های C1 و C2 استفاده شده است. خازن C2 با ظرفیت 220 میکروفاراد نوسانات و ریپل ولتاژ ورودی را کاهش می دهد و خازن C1 با ظرفیت 100 نانوفاراد نیز نویزهای فرکانس بالا را فیلتر می کند. وجود این دو خازن باعث می شود ولتاژ تمیزتر و پایدارتری به بخش رگولاتور اعمال شود.

ترانزیستور Q1 به همراه LED بخش مرجع ولتاژ مدار را تشکیل می دهند. LED علاوه بر نمایش روشن بودن مدار، یک ولتاژ مرجع تقریبا ثابت ایجاد می کند. سپس Q1 ولتاژ نمونه برداری شده از خروجی را با این ولتاژ مرجع مقایسه کرده و در صورت تغییر ولتاژ خروجی، سیگنال لازم را به مدار کنترل ارسال می کند تا ولتاژ خروجی در مقدار تنظیم شده ثابت باقی بماند.

ترانزیستور Q2 به عنوان درایور ترانزیستور قدرت عمل می کند و جریان بیس ترانزیستور Q4 را کنترل می کند. همچنین مقاومت های R4، RV1 و R5 یک شبکه فیدبک تشکیل می دهند که بخشی از ولتاژ خروجی را به بخش کنترل باز می گردانند. پتانسیومتر RV1 نیز برای تنظیم دقیق ولتاژ خروجی روی 5 ولت و کالیبره کردن مدار استفاده می شود.

ترانزیستور Q4 از نوع TIP42C مهم ترین قطعه بخش قدرت مدار است. جریان مورد نیاز بار از این ترانزیستور عبور می کند و میزان هدایت آن توسط مدار کنترل تنظیم می شود تا ولتاژ خروجی در مقدار مشخصی ثابت باقی بماند. به دلیل عبور جریان بالا و تولید گرما، هنگام استفاده از این مدار در جریان های بالا و نزدیک به 2 آمپر باید حتما از هیت سینک مناسب برای این ترانزیستور استفاده شود.

ترانزیستور Q3 به همراه مقاومت R6 مدار محدود کننده جریان را تشکیل می دهند. مقاومت R6 با مقدار 0.33 اهم به عنوان مقاومت سنس جریان عمل می کند. با افزایش جریان خروجی، افت ولتاژ روی این مقاومت نیز بیشتر می شود. هرگاه این افت ولتاژ از مقدار مشخصی بیشتر شود، ترانزیستور Q3 فعال شده و با کاهش جریان بیس ترانزیستور قدرت، از افزایش بیشتر جریان خروجی جلوگیری می کند. این بخش با محدود کردن جریان خروجی، تا حد زیادی از مدار در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه محافظت می کند.

در خروجی مدار نیز خازن های C4 و C5 قرار گرفته اند. این خازن ها ریپل و نویز ولتاژ خروجی را کاهش داده و باعث می شوند ولتاژ 5 ولت خروجی پایدارتر و مناسب تر برای تغذیه مدارهای الکترونیکی باشد. همچنین دیود D1 از ایجاد ولتاژ معکوس در خروجی جلوگیری کرده و هنگام تخلیه خازن های خروجی، از ترانزیستور قدرت محافظت می کند.

همانطور که گفته شد برای ترانزیستور Q4 حتما از یک هیت سینک مناسب استفاده کنید. یک PCB مناسب نیز برای مدار بالا طراحی شده که از انتهای مطلب قابل تهیه است.

لیست قطعات:

• مقاومت  R1=1K اهم
• مقاومت  R2,R7=10K اهم
• مقاومت  R3=180Ω اهم
• مقاومت  R4=1.2K اهم
• مقاومت  R5=560Ω اهم
• مقاومت  R6=0.33Ω اهم 5 وات
• پتانسیومتر (مولتی ترن)   RV1=500Ω اهم
• خازن عدسی   C1,C4=100nF
• خازن الکترولیت   C2=220uF/25V
• خازن عدسی   C3=47pF
• خازن الکترولیت   C5=100uF/16V
• دیود   D1=1N4007
• ال ای دی 5 میلیمتر سبز مات (LED)
• ترانزیستور   Q1,Q3=2N3906
• ترانزیستور   Q2=BD139
• ترانزیستور   Q4=TIP42C به همراه هیت سینک

سوالات و نظرات خود را می‌توانید در زیر مطرح کنید.