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電子回路-レギュレータ
電源システムでの負荷の前の次および最後のステージは、レギュレータ部品です。 規制当局とは何か、そして規制当局が何をするのかを理解してみましょう。
電力の制御と変換を処理する電子機器の部分は、*パワーエレクトロニクス*と呼ばれます。 レギュレータは、出力を制御するため、パワーエレクトロニクスに関して重要なデバイスです。
レギュレーターの必要性
入力電圧の変動や負荷電流の変動に関係なく、電源が一定の出力電圧を生成するには、電圧レギュレータが必要です。
- 電圧レギュレータ*は、入力電圧のあらゆる種類の変動や負荷によって引き出される電流の変動の代わりに、一定の出力電圧を維持するデバイスです。 次の図は、実際のレギュレータがどのように見えるかを示しています。
レギュレーターの種類
レギュレーターは、その機能と接続の種類に応じて、さまざまなカテゴリーに分類できます。
- レギュレーションの種類*に応じて、レギュレータは主に2つのタイプ、すなわちラインレギュレータと負荷レギュレータに分けられます。
- ラインレギュレータ-入力ラインの変動にもかかわらず、出力電圧を一定に調整するレギュレータは、*ラインレギュレータ*と呼ばれます。
- 負荷レギュレータ-出力での負荷の変動にもかかわらず、出力電圧を一定に調整するレギュレータは、*負荷レギュレータ*と呼ばれます。
- 接続の種類*に応じて、2種類の電圧レギュレータがあります。 彼らです
- 直列電圧レギュレータ
- シャント電圧レギュレータ
回路内での配置は、次の図のようになります。
他の重要な規制機関の種類を見てみましょう。
ツェナー電圧レギュレータ
ツェナー電圧レギュレータは、出力電圧の調整にツェナーダイオードを使用するものです。 BASIC ELECTRONICSチュートリアルでツェナーダイオードに関する詳細については既に説明しました。
ツェナーダイオードがブレークダウンまたは*ツェナー領域*で動作しているとき、その両端の電圧は、それを通る*大きな電流変化*に対して実質的に*一定*です。 この特性により、ツェナーダイオードは*良い電圧レギュレータ*になります。
次の図は、単純なツェナーレギュレータのイメージを示しています。
印加された入力電圧$ V_i $がツェナー電圧$ V_z $を超えると、ツェナーダイオードはブレークダウン領域で動作し、負荷全体で一定の電圧を維持します。 直列制限抵抗$ R_s $は入力電流を制限します。
ツェナー電圧レギュレータの動作
ツェナーダイオードは、負荷変動や入力電圧の変動にもかかわらず、両端の電圧を一定に保ちます。 したがって、ツェナー電圧レギュレータの動作を理解するために4つのケースを考慮することができます。
- ケース1 *-負荷電流$ I_L $が増加すると、直列抵抗$ R_S $を流れる電流を一定に保つために、ツェナーダイオード$ I_Z $を流れる電流が減少します。 出力電圧Voは、入力電圧Viと直列抵抗$ R_S $の電圧に依存します。
これは次のように書くことができます
V_o = V _ \ {in} -IR _ \ {s}
$ I $は定数です。 したがって、$ V_o $も一定のままです。
- ケース2 *-負荷電流$ I_L $が減少すると、RS直列抵抗を流れる電流$ I_S $が一定のままであるため、ツェナーダイオード$ I_Z $を流れる電流が増加します。 ツェナーダイオードを流れる電流$ I_Z $は増加しますが、出力電圧$ V_Z $を一定に保ち、負荷電圧を一定に保ちます。
- ケース3 *-入力電圧$ V_i $が増加すると、直列抵抗RSを流れる電流$ I_S $が増加します。 これにより、抵抗器での電圧降下、つまり $ V_S $が増加します。 これによりツェナーダイオード$ I_Z $を流れる電流は増加しますが、ツェナーダイオード$ V_Z $の電圧は一定のままで、出力負荷電圧を一定に保ちます。
- ケース4 *-入力電圧が低下すると、直列抵抗を流れる電流が減少し、ツェナーダイオード$ I_Z $を流れる電流が減少します。 ただし、ツェナーダイオードは、その特性により出力電圧を一定に保ちます。
ツェナー電圧レギュレータの制限
ツェナー電圧レギュレータにはいくつかの制限があります。 彼らは-
- 負荷電流が大きい場合は効率が低下します。
- ツェナーインピーダンスは、出力電圧にわずかに影響します。
したがって、ツェナー電圧レギュレータは低電圧アプリケーションに効果的であると考えられています。 次に、トランジスタを使用して作成された他のタイプの電圧レギュレーターについて説明します。
トランジスタシリーズ電圧レギュレータ
このレギュレーターには、ツェナーレギュレーターと直列で、負荷と並列の両方のトランジスターがあります。 トランジスタは、出力電圧を一定に保つためにコレクタエミッタ電圧を調整する可変抵抗器として機能します。 下の図は、トランジスタの直列電圧レギュレータを示しています。
入力動作条件により、トランジスタのベースを流れる電流が変化します。 これは、トランジスタ$ V _ \ {BE} $のベースエミッタ接合の両端の電圧に影響します。 出力電圧は、一定のツェナー電圧$ V_Z $によって維持されます。 両方が等しく維持されるため、入力電源の変化は、エミッターのベース電圧$ V _ \ {BE} $の変化によって示されます。
したがって、出力電圧Voは次のように理解できます。
V_O = V_Z + V _ \ {BE}
トランジスタシリーズ電圧レギュレータの動作
入力および負荷の変動については、直列電圧レギュレータの動作を考慮しなければなりません。 入力電圧が増加すると、出力電圧も増加します。 しかし、これにより、ツェナー電圧$ V_Z $が一定のままであるため、コレクタベースジャンクション$ V _ \ {BE} $の電圧が低下します。 エミッターコレクター領域の抵抗が増加すると、伝導は減少します。 これにより、コレクタエミッタ接合VCEの電圧がさらに増加し、出力電圧$ V_O $が低下します。 これは、入力電圧が低下した場合も同様です。
負荷が変化すると、つまり負荷の抵抗が減少して負荷電流$ I_L $が増加すると、出力電圧$ V_O $が減少し、エミッターのベース電圧$ V _ \ {BE} $が増加します。
エミッタのベース電圧$ V _ \ {BE} $が増加すると、伝導が増加し、エミッタのコレクタ抵抗が減少します。 これにより、入力電流が増加し、負荷抵抗の減少が補償されます。 これは、負荷電流が増加した場合も同様です。
トランジスタシリーズ電圧レギュレータの制限
トランジスタシリーズ電圧レギュレータには次の制限があります-
- 電圧$ V _ \ {BE} $および$ V_Z $は、温度の上昇の影響を受けます。
- 大電流に対する適切な規制は不可能です。
- 消費電力が大きい。
- 消費電力が大きい。
- 効率が悪い。
これらの制限を最小限に抑えるために、トランジスタシャントレギュレータが使用されます。
トランジスタシャント電圧レギュレータ
トランジスタシャントレギュレータ回路は、抵抗と入力を直列に接続し、トランジスタのベースとコレクタを調整するツェナーダイオードで接続し、両方とも負荷と並列に接続することで形成されます。 以下の図は、トランジスタシャントレギュレータの回路図を示しています。
トランジスタシャント電圧レギュレータの動作
入力電圧が増加すると、$ V _ \ {BE} $および$ V_O $も増加します。 しかし、これは最初に起こります。 実際、$ V _ \ {in} $が増加すると、現在の$ I _ \ {in} $も増加します。 この電流がRSを流れると、直列抵抗器で電圧降下$ V_S $が発生し、これも$ V _ \ {in} $で増加します。 しかし、これにより$ V_o $が減少します。 現在、この$ V_o $の減少は、初期の増加を補償して一定に維持します。 したがって、$ V_o $は一定に維持されます。 代わりに出力電圧が低下すると、逆になります。
負荷抵抗が減少すると、出力電圧$ V_o $が減少するはずです。 負荷を流れる電流が増加します。 これにより、トランジスタのベース電流とコレクタ電流が減少します。 電流が大量に流れると、直列抵抗の両端の電圧が低くなります。 入力電流は一定です。
出力電圧は、印加電圧$ V_i $と直列電圧降下$ V_s $の差になります。 したがって、出力電圧は初期の減少を補償するために増加し、したがって一定に維持されます。 負荷抵抗が増加すると、逆のことが起こります。
ICレギュレータ
電圧レギュレータは現在、集積回路（IC）の形で入手可能です。 要するに、ICレギュレーターと呼ばれます。
ICレギュレータは、通常のレギュレータのような機能に加えて、デバイスに組み込まれている熱補償、短絡保護、サージ保護などの特性を備えています。
ICレギュレーターの種類
ICレギュレータは、次のタイプにすることができます-
- 固定正電圧レギュレータ
- 固定負電圧レギュレータ
- 調整可能な電圧レギュレータ
- デュアルトラッキング電圧レギュレータ
それらについて詳しく説明しましょう。
固定正電圧レギュレータ
これらのレギュレータの出力は特定の値に固定されており、値は正です。つまり、提供される出力電圧は正の電圧です。
最も使用されるシリーズは7800シリーズで、ICはIC 7806、IC 7812、およびIC 7815などになります。 出力電圧としてそれぞれ+ 6v、+ 12vおよび+ 15vを提供します。 下の図は、10Vの正の安定化出力電圧を供給するために接続されたIC 7810を示しています。
上の図では、入力コンデンサ$ C_1 $を使用して不要な発振を防ぎ、出力コンデンサ$ C_2 $は過渡応答を改善するためのラインフィルタとして機能します。
固定負電圧レギュレータ
これらのレギュレータの出力は特定の値に固定されており、値は負です。つまり、提供される出力電圧は負の電圧です。
最も使用されるシリーズは7900シリーズで、ICはIC 7906、IC 7912、IC 7915などになります。 出力電圧としてそれぞれ-6v、-12vおよび-15vを提供します。 以下の図は、固定10V負の安定化出力電圧を提供するために接続されたIC 7910を示しています。
上の図では、入力コンデンサ$ C_1 $を使用して不要な発振を防ぎ、出力コンデンサ$ C_2 $は過渡応答を改善するためのラインフィルタとして機能します。
調整可能な電圧レギュレータ
調整可能な電圧レギュレータには、3つの端子IN、OUT、ADJがあります。 入力端子と出力端子は共通ですが、調整可能な端子には出力を広範囲で変化させる可変抵抗器が付いています。
上の図は、一般的に使用されるLM 317調整可能ICレギュレーターを駆動する未調整の電源を示しています。 LM 317は3端子正調整可能電圧レギュレータであり、1.25v〜37vの調整可能な出力範囲で1.5Aの負荷電流を供給できます。
デュアルトラッキング電圧レギュレータ
供給電圧の分割が必要な場合、デュアルトラッキングレギュレータが使用されます。 これらは、等しい正と負の出力電圧を提供します。 たとえば、RC4195 ICはD.Cを提供します。 + 15vおよび-15vの出力。 これには、正入力が+ 18vから+ 30vに変化する可能性があり、負入力が-18vから-30vに変化する可能性があります。
上の画像は、デュアルトラッキングRC4195 ICレギュレータを示しています。 出力が2つの定格制限の間で変化する調整可能なデュアルタッキングレギュレータも利用できます。
