Regulatoarele de tensiune liniară fixă ​​cu 3 terminale reprezintă o alegere populară pentru crearea tensiunilor pozitive sau negative.

Continuând tutorialul nostru despre conversia unei ATX PSU la o sursă de alimentare de banc, o adăugare foarte bună la aceasta este regulatorul de tensiune pozitivă LM317T.

LM317T este un regulator de tensiune pozitivă cu 3-terminale, capabil să furnizeze diferite ieșiri de tensiune DC, altele decât sursa de alimentare cu tensiune fixă de +5 sau +12 V, sau ca o tensiune de ieșire variabilă de la câțiva volți până la o anumită valoare maximă, toate cu curenți de circa 1,5 amperi.

Cu ajutorul unui mic fragment de circuit suplimentar adăugat la ieșirea PSU, putem avea o sursă de alimentare la banc, capabilă de o gamă de tensiuni fixe sau variabile, fie pozitive, fie negative. De fapt, acest lucru este mai simplu decât vă puteți gândi, deoarece transformatorul, redresarea și netezirea au fost deja efectuate de către PSU înainte, tot ceea ce trebuie să faceți este să conectați circuitul nostru suplimentar la ieșirea cu fir galben de +12 V. Dar, mai întâi, haideți să considerăm o ieșire de tensiune fixă.

Sursă fixă de alimentare cu 9V

Există o gamă largă de regulatoare de tensiune cu 3 terminale disponibile într-un pachet standard TO-220, cel mai popular regulator de tensiune fixă ​​fiind regulatorul pozitiv din seria 78xx, care variază de la 7805 - regulatorul de tensiune fixă ​​+5V, la 7824 - regulatorul de tensiune fixă ​​+24 V. Există, de asemenea, o serie 79xx de regulatoare de tensiune negativă fixe care produc o tensiune negativă complementară de la -5 la -24 volți, dar în acest tutorial vom folosi doar tipurile pozitive 78xx.

Regulatorul fix cu 3-terminale este util în aplicațiile în care nu este necesară o ieșire reglabilă, ceea ce face ca alimentarea de ieșire să fie simplă, dar foarte flexibilă, deoarece tensiunea de ieșire este dependentă numai de regulatorul ales. Acestea se numesc regulatoare de tensiune cu 3 terminale, deoarece au doar trei terminale de conectat și acestea sunt intrarea, comunul și respectiv ieșirea.

Tensiunea de intrare către regulator va fi firul galben +12 V de la PSU (sau alimentarea separată a transformatorului) și este conectată între terminalele intrare și comun. +9 V stabilizați sunt luați de pe ieșire și comun, după cum se arată.

Circuitul regulatorului de tensiune

Așadar, să presupunem că dorim o tensiune de ieșire de +9 V de la sursa de alimentare a bancului nostru, atunci tot ce trebuie să facem este să conectăm un regulator de tensiune de + 9 V la firul galben +12 V. Deoarece PSU-ul a făcut deja redresarea și netezirea la ieșirea +12 V, singurele componente suplimentare necesare sunt un condensator de intrare și altul de ieșire.

Aceste condensatoare suplimentare ajută la stabilitatea regulatorului și pot fi oriunde între 100 nF și 330 nF. Condensatorul de ieșire suplimentar de 100 μF ajută la netezirea conținutului inerent de riplu, oferindu-i un răspuns tranzitoriu bun. Acest condensator de mare valoare, plasat pe ieșirea unui circuit de alimentare electrică, este numit în mod obișnuit "condensator de netezire".

Aceste regulatoare serie 78xx dau un curent maxim de ieșire de aproximativ 1,5 amperi la tensiuni fixe stabilizate de 5, 6, 8, 9, 12, 15, 18 și, respectiv, 24V. Dar, dacă am fi vrut o tensiune de ieșire de + 9V, dar am avut doar un regulator de +5V 7805?. Ieșirea +5 V a dispozitivului 7805 este raportată la terminalul "ground, Gnd" sau "0V".

Dacă am crescut această tensiune terminală la pinul-2 de la 0V la 4V atunci ieșirea ar crește, de asemenea, cu încă 4 volți cu condiția să existe o tensiune de intrare suficientă. Atunci, plasând o diodă Zener de 4 volți (cea mai apropiată valoare standard de 4,3 V) între pinul-2 al regulatorului și masă, putem face un regulator de 5V 7805 să producă o tensiune de ieșire de +9 volți, așa cum se arată.

Creșterea tensiunii de ieșire

Deci, cum funcționează. Dioda Zener de 4,3 V necesită un curent de polarizare inversă de aproximativ 5 mA pentru a menține o ieșire cu regulatorul, care ia aproximativ 0,5 mA. Acest curent total de 5,5 mA este furnizat prin intermediul rezistenței "R1" de la pinul-3 de ieșire.

Deci, valoarea rezistorului necesar pentru un regulator 7805 va fi R = 5V/5,5mA = 910 Ohm. Dioda de reacție D1 conectată între terminalele de intrare și ieșire este pentru protecție și împiedică regulatorul să fie polarizat invers când tensiunea de alimentare de intrare este oprită în timp ce alimentarea de ieșire rămâne ON sau activă pentru o perioadă scurtă de timp datorită unei sarcini inductive mari, cum ar fi un solenoid sau un motor.

Atunci, putem utiliza regulatoare de tensiune cu 3 terminale și o diodă Zener adecvată pentru a produce o varietate de tensiuni de ieșire fixe de la sursa de alimentare anterioară de la + 5V până la + 12V. Dar putem îmbunătăți această schemă prin înlocuirea regulatorului de tensiune fixă ​​cu un regulator de tensiune variabilă, cum ar fi LM317T.

Sursă de alimentare cu tensiune variabilă

LM317T este un regulator complet reglabil de tensiune pozitivă cu 3 terminale, capabil să furnizeze 1,5 amperi, cu o tensiune de ieșire care variază de la aproximativ 1,25 volți la puțin peste 30 de volți. Folosind raportul dintre două rezistențe, una de o valoare fixă ​​și cealaltă variabilă (sau ambele fixe), putem seta tensiunea de ieșire la nivelul dorit, cu o tensiune de intrare corespunzătoare între 3 și 40 volți.

Regulatorul de tensiune variabilă LM317T a fost construit cu capabilități de limitare de curent și blocare termică ceea ce îl face ideal pentru orice sursă de alimentare cu tensiune joasă sau de banc făcută manual.

Tensiunea de ieșire a lui LM317T este determinată de raportul celor două rezistoare de reacție R1 și R2, care formează o rețea divizoare de potențial pe terminalul de ieșire, după cum se arată mai jos.

Regulatorul de tensiune variabilă LM317T

Tensiunea pe rezistorul de reacție R1 este o tensiune de referință constantă de 1,25 V, Vref produsă între terminalul "ieșire" și "reglare". Curentul terminalului de ajustare este un curent constant de 100 μA. Deoarece tensiunea de referință pe rezistorul R1 este constantă, un curent constant i va curge prin celălalt rezistor R2, rezultând o tensiune de ieșire de:

Atunci, orice curent care trece prin rezistorul R1 curge și prin rezistorul R2 (ignorând curentul terminalului de reglare foarte mic), cu suma căderilor de tensiune pe R1 și R2 fiind egală cu tensiunea de ieșire Vout. Evident, tensiunea de intrare Vin trebuie să fie cu cel puțin 2,5 volți mai mare decât tensiunea de ieșire necesară pentru alimentarea regulatorului.

De asemenea, LM317T are o reglare foarte bună a sarcinii, asigurând curentul minim de sarcină mai mare de 10 mA. Deci, pentru a menține o tensiune de referință constantă de 1,25V, valoarea minimă a rezistorului de reacție R1 trebuie să fie 1,25V/10mA = 120 Ohm și această valoare poate varia oriunde de la 120 ohmi la 1000 ohmi, cu valori tipice ale lui R1 fiind de aproximativ 220 Ω la 240 Ω pentru o bună stabilitate.

Dacă știm valoarea tensiunii de ieșire necesare Vout și rezistorul de feedback R1, să spunem 240 ohmi, atunci putem calcula valoarea rezistorului R2 din ecuația de mai sus. De exemplu, tensiunea de ieșire originală de 9 V ar da o valoare rezistivă pentru R2 de:

R1.((Vout/1,25) -1) = 240.((9/1,25) -1) = 1.488 Ohmi

sau 1500 Ohmi (1k5Ω) la cea mai apropiată valoare standard.

Desigur, în practică, rezistoarele R1 și R2 ar fi înlocuite în mod normal cu un potențiometru, astfel încât să producă o sursă de tensiune variabilă sau cu mai multe rezistențe presetate comutate dacă sunt necesare mai multe tensiuni de ieșire fixe.

Dar pentru a reduce matematica necesară pentru calcularea valorii rezistorului R2 de fiecare dată când dorim o tensiune specială, putem folosi tabele de rezistențe standard, așa cum se arată mai jos, care ne oferă tensiunea de ieșire a regulatoarelor pentru diferite rapoarte ale rezistoarelor R1 și R2 utilizând valorile de rezistențe E24.

Raportul rezistoarelor R1 la R2

Prin schimbarea rezistorului R2 cu un potențiometru de 2 kohmi putem controla gama tensiunii de ieșire a sursei de alimentare a bancului PSU de la circa 1,25 volți la o tensiune maximă de ieșire de 10,75 (12-1,25) volți. Atunci, circuitul nostru modificat de alimentare variabilă este prezentat mai jos.

Circuit de alimentare cu tensiune variabilă

Putem îmbunătăți puțin circuitul de bază al regulatorului de tensiune prin conectarea unui ampermetru si a unui voltmetru la terminalele de ieșire. Aceste instrumente vor da o indicație vizuală atât a curentului cât și a tensiunii de la ieșirea regulatorului de tensiune variabilă. O siguranță cu acțiune rapidă poate fi încorporată, dacă se dorește, în schemă, pentru a asigura o protecție suplimentară la scurtcircuit, așa cum este arătat.

Dezavantajele modelului LM317T

Unul dintre principalele dezavantaje ale utilizării LM317T ca parte a unui circuit de alimentare cu tensiune variabilă pentru reglarea unei tensiuni este că o cantitate de 2,5 volți este căzută sau pierdută sub formă de căldură în regulator. De exemplu, dacă tensiunea de ieșire necesară trebuie să fie de +9 volți, atunci tensiunea de intrare va trebui să fie de până la 12 volți, sau mai mult dacă tensiunea de ieșire va rămâne stabilă în condiții de sarcină maximă. Această cădere de tensiune pe regulator se numește "dropout". De asemenea, datorită acestei tensiuni dropout este necesară o anumită formă de radiator de căldură pentru a menține regulatorul rece.

Din fericire sunt disponibile regulatoare de tensiune variabilă cu dropout scăzută, cum ar fi National Semiconductor ” LM2941T” Low Dropout variable voltage regulator, care are o tensiune dropout căzută de doar 0,9 volți la sarcină maximă. Această dropout căzută vine cu un cost, deoarece acest dispozitiv este capabil să livreze doar 1 A cu o tensiune variabilă de ieșire de la 5 la 20 de volți. Totuși, putem folosi acest dispozitiv pentru a da o tensiune de ieșire de aproximativ 11,1 V, doar puțin mai mică decât tensiunea de intrare.

Deci, pentru a rezuma, sursa de alimentare de pe banc pe care am realizat-o, dintr-o unitate de alimentare veche a PC-ului, într-un tutorial anterior poate fi transformată pentru a furniza o sursă de tensiune variabilă prin utilizarea unui LM317T pentru reglarea tensiunii. Prin conectarea intrării acestui dispozitiv pe ieșirea cu cablul galben de + 12 V al PSU, putem avea atât fix + 5V, + 12V, cât și o tensiune de ieșire variabilă de la aproximativ 2 până la 10 volți la un curent maxim de ieșire de 1,5A.